DE102019133889A1

DE102019133889A1 - Elektrische Maschine mit einer Ableitvorrichtung

Info

Publication number: DE102019133889A1
Application number: DE102019133889.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Hartmann; Gunter Hirt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Elektrische Maschinen, insbesondere elektrische Traktionsmaschinen, werden während des Betriebes durch induzierte Wellenspannungen elektrisch aufgeladen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine zu schaffen, welche sich durch eine hohe Betriebssicherheit auszeichnet.Hierzu wird eine elektrische Maschine 1 mit einem Gehäuseabschnitt 7, wobei der Gehäuseabschnitt 7 einen Gehäuseraum 6 begrenzt, mit einem Rotor 2 und mit einer Welle 4, wobei die Welle 4 mit dem Rotor 2 elektrisch und getriebetechnisch verbunden ist und wobei die Welle 4 und der Rotor 2 in dem Gehäuseraum 6 drehbar gelagert sind, wobei die Welle 4 eine Hauptachse H definiert, mit einer Ableitvorrichtung 15 zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von dem Rotor 2 über die Welle 4 zu dem Gehäuseabschnitt 7, wobei die Ableitvorrichtung 15 eine erste Kontakteinrichtung 17 zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit der Welle 4 und eine zweite Kontakteinrichtung 18 zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt 7 aufweist, wobei die erste und die zweite Kontakteinrichtung 17, 18 relativ zueinander verdrehbar sind und in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H in einem Kontaktraum 19 elektrisch miteinander kontaktieren, vorgeschlagen, wobei die Ableitvorrichtung 15 eine Schutzeinheit 20 aufweist, wobei der Kontaktraum 19 und der Gehäuseraum 6 über die Schutzeinheit 20 dichtend voneinander getrennt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer Ableitvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Elektrische Maschinen, insbesondere elektrische Traktionsmaschinen, werden während des Betriebes durch induzierte Wellenspannungen elektrisch aufgeladen. Zusätzlich können zirkulierende Hochfrequenz-Ströme in Motoren hoher Leistungsklassen entstehen. Derartige elektrische Maschinen weisen in der Regel einen Rotor sowie eine Rotorwelle auf, welche über Wälzlager in einem Gehäuse gelagert sind. Aufgrund von elektrischen Entladungen bzw. der zirkulierenden Hochfrequenz-Ströme, kann es zu einer Beschädigung der Wälzlager kommen. Um dies zu vermeiden, ist eine Abführung dieser elektrischen Energie notwendig. Hierzu sind beispielsweise Erdungsbürsten oder radial wirkende Schleifelemente (Kohlebürsten) bekannt, welche zur Erdung der Rotorwelle dienen. Des Weiteren sind axial wirkende Systeme zur Wellenerdung bekannt.
Die Druckschrift JP 2013174326 A , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine elektronische Korrosionsschutzvorrichtung, mit einer Drehwelle, die von einem Elektromotor angetrieben wird; Lager, die die Drehwelle drehbar lagern; ein Entladungselement, das elektrisch mit der Drehwelle verbunden ist sowie einen Erdungsdraht, der das Entladungselement erdet, in dem das Entladungselement über einen Leiterkörper, der mit der Stirnfläche der Drehwelle verbunden ist, elektrisch mit der Drehwelle verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu schaffen, welche sich durch eine hohe Betriebssicherheit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche insbesondere für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Fahrzeug als ein Elektrofahrzeug, insbesondere als ein reines Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug, ausgebildet. Das Fahrzeug kann als ein einspurig oder zweispurig und/oder einachsig oder mehrachsiges, insbesondere zweiachsiges, Fahrzeug ausgebildet sein. Prinzipiell ist das Fahrzeug als ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Bus ausgebildet. Alternativ kann das Fahrzeug jedoch auch als ein elektrisch betriebenes Fahrrad (Pedelec), Motorrad (Elektromotorrad), E-Scooter oder dergleichen ausgebildet sein.
Die elektrische Maschine dient insbesondere dazu, ein Traktionsmoment, insbesondere ein Haupttraktionsmoment, für das Fahrzeug zu erstellen und/oder bereitzustellen. Hierzu kann die elektrische Maschine mit einer Energieeinrichtung, insbesondere mit einer Energiespeichereinrichtung, im Speziellen mit einer Batterie oder Akku, koppelbar oder gekoppelt sein, um Energie zur Erzeugung des Traktionsmoments zu erhalten. Bevorzugt ist die elektrische Maschine als ein Elektromotor ausgebildet.
Die elektrische Maschine weist einen Gehäuseabschnitt auf, wobei der Gehäuseabschnitt einen Gehäuseraum definiert und/oder begrenzt. Insbesondere ist der Gehäuseabschnitt ein Bestandteil eines Gehäuses und/oder bildet dieses. Bevorzugt ist das Gehäuse mehrteilig aufgebaut, wobei der Gehäuseabschnitt einen Teil des Gehäuses, beispielsweise ein Lagerschild, bildet. Insbesondere ist der Gehäuseabschnitt mit Masse verbunden und/oder geerdet.
Die elektrische Maschine weist eine Welle auf, welche mit ihrer Rotationsachse eine Hauptachse definiert. Des Weiteren weist die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor auf, welche konzentrisch und/oder koaxial zueinander angeordnet sind. Die Welle ist mit dem Rotor elektrisch und getriebetechnisch verbunden.
Insbesondere wird die Welle über und/oder durch den Rotor angetrieben. Besonders bevorzugt ist die Welle als eine Rotorwelle ausgebildet, welche vorzugsweise mit dem Rotor drehfest, starr und/oder einstückig verbunden ist. Vorzugsweise ist der Gehäuseabschnitt elektrisch und mechanisch mit dem Stator verbunden.
Die Welle und der Rotor sind in dem Gehäuseraum drehbar gelagert. Insbesondere weist die elektrische Maschine mindestens oder genau zwei Lagereinrichtungen auf, welche die Rotorlagerung bilden oder mitbilden. Der Rotor ist vorzugweise zwischen den beiden Lagereinrichtungen in dem Gehäuseraum angeordnet, wobei die Welle über die Lagereinrichtungen in dem Gehäuseraum und/oder an dem Gehäuseabschnitt drehbar gelagert ist.
Die elektrische Maschine weist eine Ableitvorrichtung auf, welche zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung ausgehend von dem Rotor über die Welle zu dem Gehäuseabschnitt ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Ableitvorrichtung bildet insbesondere eine elektrische Verbindung zwischen der Welle und dem Gehäuseabschnitt. Insbesondere handelt es sich um eine ständige elektrische Verbindung zwischen der Welle und dem Gehäuseabschnitt, welche sowohl stationär als auch dynamisch, also im Betrieb der elektrischen Maschine, vorliegt.
Hierzu weist die Ableitvorrichtung eine erste Kontakteinrichtung sowie eine zweite Kontakteinrichtung auf. Die erste Kontakteinrichtung dient zur elektrischen Verbindung mit der Welle. Ferner dient die erste Kontakteinrichtung zur mechanischen Verbindung mit der Welle, insbesondere sodass die erste Kontakteinrichtung an der Welle festgelegt ist. Die zweite Kontakteinrichtung dient zur elektrischen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt. Ferner dient die zweite Kontakteinrichtung zur mechanischen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt, insbesondere sodass die zweite Kontakteinrichtung an dem Gehäuseabschnitt festgelegt ist. Die beiden Kontakteinrichtungen sind, insbesondere in einem Betrieb der elektrischen Maschine, relativ zueinander verdrehbar. Im Betrieb der elektrischen Maschine rotiert die Welle um die Hauptachse, wobei die erste Kontakteinrichtung durch die rotierende Welle mitgenommen wird und die zweite Kontakteinrichtung stationär an dem Gehäuseabschnitt verbleibt.
Die erste und die zweite Kontakteinrichtung kontaktieren in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse in einem Kontaktraum elektrisch miteinander. Insbesondere verläuft somit ein Strompfad von dem Rotor über die Welle und die erste Kontakteinrichtung zu der zweiten Kontakteinrichtung und dem Gehäuseabschnitt. Der durch die Ableitvorrichtung gebildete Strompfad, weist dabei einen niedrigeren Widerstand gegenüber den Lagereineinrichtungen auf, sodass die Entladungsströme und/oder -spannungen über die Ableitvorrichtung abgeleitet werden. Die beiden Kontakteinrichtungen sind in Bezug auf die Hauptachse koaxial zueinander angeordnet, wobei die erste Kontakteinrichtung an einer axialen Stirnseite der Welle und die zweite Kontakteinrichtung gegenüberliegend dazu an dem Gehäuseabschnitt angeordnet ist. Somit ist die Ableitvorrichtung als ein sogenannter „stirnseitiger Wellenerder“ umgesetzt. Besonders bevorzugt sind die beiden Kontakteinrichtungen in axialer Richtung elastisch aneinander abgestützt und an einer Kontaktstelle über einen Druck- und/oder Reibkontakt elektrisch miteinander kontaktiert. Der Kontaktraum ist in axialer und/oder radialer Richtung durch die erste und/oder die zweite Kontakteinrichtung und/oder die Welle und/oder den Gehäuseabschnitt begrenzt. Bevorzugt ist der Kontaktraum als ein die Hauptachse umlaufender Ringraum definiert, welcher zumindest die Kontaktstelle umgibt.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ableitvorrichtung eine Schutzeinheit aufweist, welche den Kontaktraum und den Gehäuseraum voneinander dichtend trennt und/oder gegeneinander abdichtet. Insbesondere hat die Schutzeinheit die Funktion, den Kontaktraum, vorzugsweise die Kontaktstelle, und/oder den Gehäuseraum gegeneinander und gegen Einflüsse von außen zu schützen. Hierzu ist der Kontaktraum vorzugsweise geschlossen ausgebildet und in axialer Richtung durch die Schutzeinheit gegenüber dem Gehäuseraum abgetrennt. Insbesondere dient die Schutzeinheit zur dynamischen und statischen Abdichtung des Kontaktraums, sodass dieser im Stillstand als auch im Betrieb gegenüber dem Gehäuseraum abgedichtet ist.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch die erfindungsgemäße Schutzeinheit sichergestellt wird, dass der Gehäuseraum vor einem Fremdpartikeleintrag aus dem Kontaktraum geschützt ist. Somit kann eine Beschädigung des Elektromotors reduziert und ein sicherer Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet werden. Ein weiterer Vorteil besteht zudem darin, dass durch die Schutzeinheit der Kontaktraum vor einem Fremdpartikeleintrag aus dem Gehäuseraum geschützt ist. Somit kann eine sichere Kontaktierung der beiden Kontakteinrichtungen gewährleistet werden.
In einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schutzeinheit eine Abriebschutzeinrichtung aufweist. Die Abriebschutzeinrichtung hat dabei die Funktion, den Gehäuseinnenraum, insbesondere die elektrische Maschine, gegen einen elektrisch leitfähigen Abrieb von einer der beiden Kontakteinrichtungen zu schützen. Insbesondere wird der Abrieb während eines Betriebes der elektrischen Maschine aufgrund von Reibung bei einer Relativbewegung zwischen den beiden Kontakteinrichtungen erzeugt. Die Abriebschutzeinrichtung ist, vorzugsweise in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse, zwischen dem Kontaktraum und dem Gehäuseraum angeordnet, sodass ein Übertrag des Abriebs von dem Kontaktraum in den Gehäuseraum vermieden oder zumindest verringert wird. Bevorzugt ist die Abriebschutzeinrichtung zur Überbrückung von einem Ringspalt zwischen dem Gehäuseabschnitt und der Welle ausgebildet. Vorzugsweise ist die Abriebschutzeinrichtung in Umlaufrichtung um die Hauptachse durchgängig ausgebildet. Im Speziellen kann die Abriebschutzeinrichtung als eine berührungslose Rotationsdichtung, insbesondere eine berührungslose Schutzdichtung, beispielsweise eine Spaltdichtung oder eine Labyrinthdichtung oder Rillendichtung, ausgebildet sein.
Durch die Abriebschutzeinrichtung wird der im Betrieb der elektrischen Maschine erzeugte Abrieb von dem Rotor und dem Stator ferngehalten, sodass etwaige durch den Abrieb erzeugte Kurzschlüsse in der elektrischen Maschine vermieden werden und somit die Funktion des Elektromotors nicht beeinträchtigt wird.
In einer weiteren alternativen oder optional ergänzenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Ableitvorrichtung eine Dichtungseinrichtung aufweist. Die Dichtungseinrichtung hat dabei die Funktion, den Kontaktraum und/oder den Gehäuseraum gegen Fremdpartikel, wie z.B. Staub, Feuchtigkeit, Spritzwasser, Öl etc. aus der Umgebung zu schützen. Insbesondere ist die zweite Kontakteinrichtung über die Dichtungseinrichtung mit dem Gehäuseabschnitt verbunden, sodass ein Eintrag von Fremdpartikeln aus der Umgebung in den Gehäuseraum und/oder Kontaktraum vermieden oder zumindest verringert wird. Vorzugsweise ist die Dichtungseinrichtung zwischen der zweiten Kontakteinrichtung und dem Gehäuseabschnitt kraftschlüssig angeordnet, sodass eine Dichtpressung erzeugt ist. Die Dichtungseinrichtung kann dabei als eine statische Berührungsdichtung, beispielsweise ein Dichtring oder eine Flachdichtung, ausgebildet sein.
Durch die Dichtungseinrichtung wird ein Eintrag von Fremdpartikeln in den Kontaktraum und/oder den Gehäuseraum sowie ein Austritt von Fremdpartikel aus dem Gehäuseraum und/oder den Kontaktraum verhindert. Somit wird ein besonders dichtes System vorgeschlagen, welches sich beispielsweise für den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen einsetzen lässt. Zudem wird gewährleistet, dass insbesondere bei der Ausgestaltung des Gehäuseraums bzw. des Gehäuseraumabschnitts als Ölbereich, ein Ölsaustritt verhindert wird.
In einer alternativen oder optional ergänzenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schutzeinheit eine weitere Dichtungseinrichtung aufweist. Die weitere Dichtungseinrichtung hat dabei die Funktion, den Kontaktraum, insbesondere die beiden Kontakteinrichtungen, gegen Fremdpartikel, wie z.B. Staub, Feuchtigkeit, Fette und/oder Öle, zu schützen. Bevorzugt ist der Kontaktraum als ein Trockenbereich und der angrenzende Gehäuseraum bzw. ein angrenzender Gehäuseraumabschnitt wahlweise als ein Ölbereich oder als ein Trockenbereich ausgebildet. Für den Fall, dass der Gehäuseraum bzw. der Gehäuseraumabschnitt als ein Trockenbereich realisiert ist, bildet die weitere Dichtungseinrichtung eine schmutzdichte Abtrennung. Für den Fall, dass der Gehäuseraum bzw. der Gehäuseraumabschnitt als ein Ölbereich realisiert ist, bildet die weitere Dichtungseinrichtung eine fluiddichte, insbesondere öldichte, Abtrennung. Die weitere Dichtungseinrichtung ist, vorzugsweise in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse, zwischen dem Kontaktraum und dem Gehäuseraum angeordnet, sodass ein Fremdpartikeleintrag von dem Gehäuseraum in den Kontaktraum vermieden oder zumindest verringert wird. Insbesondere ist die weitere Dichtungseinrichtung in axialer Richtung benachbart zu der Abriebschutzeinrichtung, vorzugsweise auf der Seite des Gehäuseraums angeordnet. Somit dient die weitere Dichtungseinrichtung als ein Art Vorschaltdichtung für die Abriebschutzeinrichtung. Bevorzugt ist die Dichtungseinrichtung als eine berührende Rotationsdichtung, beispielsweise als ein Radial-Wellendichtring, ein Filzring oder eine Wellenlippendichtung, ausgebildet.
Durch die weitere Dichtungseinrichtung wird ein Eintrag von Fremdpartikeln in den Kontaktraum und somit eine Störung oder Unterbrechung der Kontaktstelle verhindert. Des Weiteren kann die Ableitvorrichtung auch in einer nassen Umgebung ohne Beeinträchtigung der Ableitfunktion eingesetzt werden.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Kontaktraum einen Kontaktbereich aufweist, wobei die erste und die zweite Kontakteinrichtung in dem Kontaktbereich elektrisch miteinander kontaktieren. Ferner weist der Kontaktraum einen Auffangbereich auf, welcher zum Auffangen des Abriebs der ersten und/oder zweiten Kontakteinrichtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Der Auffangbereich dient zum sicheren Auffangen des Abriebs, um eine Verteilung des Abriebs in der elektrischen Maschine zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Dabei ist der Auffangbereich als ein den Kontaktbereich umlaufender Ringraum ausgebildet. Vorzugsweise umgibt der Auffangbereich den Kontaktbereich, insbesondere die Kontaktstelle in Umfangsrichtung vollständig, sodass der im Betrieb entstehende Abrieb in dem Auffangbereich gesammelt und/oder gegenüber dem Gehäuseraum zurückgehalten wird. Insbesondere ist der Auffangbereich in radialer Richtung durch die erste und/oder die zweite Kontakteinrichtung und in Richtung des Gehäuseraums durch die Schutzeinheit, insbesondere die Abriebschutzeinrichtung, begrenzt.
Ein Vorteil besteht somit darin, dass durch den Auffangbereich ein sicheres Auffangen des leitfähigen Abriebes erfolgt, wobei insbesondere in Kombination mit der Abriebschutzeinrichtung ein besonders sicherer Abriebschutz gegenüber dem Gehäuseraum, insbesondere dem Rotor, umgesetzt wird.
In einer konstruktiven Umsetzung ist vorgesehen, dass die Welle eine stirnseitig eingebrachte Bohrung aufweist. Insbesondere erstreckt sich die Bohrung koaxial zu der Hauptachse. Die erste Kontakteinrichtung weist ein erstes in der Bohrung geführtes Kontaktelement auf. Insbesondere ist das Kontaktelement in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse beweglich in der Bohrung geführt. Zudem weist die erste Kontakteinrichtung ein in der Bohrung angeordnetes Federorgan auf, welches zur Beaufschlagung des ersten Kontaktelements mit einer Federkraft in Richtung der zweiten Kontakteinrichtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Das Federorgan ist vorzugsweise als eine Druckfeder, insbesondere eine Schraubenfeder, ausgebildet und stützt sich einerseits an der Welle und andererseits an dem ersten Kontaktelement ab.
Optional weist die erste Kontakteinrichtung eine in der Bohrung angeordnete Führungshülse auf, welche zur Führung des ersten Kontaktelements und/oder des Federorgans ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist durch die Führungshülse ein Federsitz für das Federorgan realisiert. Die Führungshülse kann dabei in einer axialen Richtung endseitig geschlossen sein, sodass sich das Federorgan über die Hülse an der Welle abstützt. Bevorzugt ist die Führungshülse in der Bohrung kraftschlüssig und/oder formschlüssig aufgenommen, wobei das erste Kontaktelement und/oder das Federorgan somit mittelbar über die Hülse, mit der Welle elektrisch verbunden ist.
Gemäß dieser Ausführung weist die zweite Kontakteinrichtung ein mit dem Gehäuseabschnitt verbundenes Verschlusselement auf. Insbesondere ist der Kontaktraum durch das Verschlusselement definiert und/oder begrenzt. Vorzugsweise weist der Gehäuseabschnitt eine koaxial und/oder konzentrisch zur Welle angeordnete Gehäuseöffnung auf, welche durch das Verschlusselement verschlossen und/oder abgedeckt ist. Insbesondere ist das Verschlusselement als ein Verschlussdeckel oder eine Verschlusskappe ausgebildet. Das Verschlusselement ist beispielsweise kraftschlüssig und/oder formschlüssig, bevorzugt jedoch lösbar, mit dem Gehäuseabschnitt verbunden. Die zweite Kontakteinrichtung weist ein mit dem Verschlusselement verbundenes zweites Kontaktelement als einen zweiten Ableitpartner auf. Insbesondere ist das zweite Kontaktelement fest, vorzugsweise drehfest, mit dem Verschlusselement verbunden. Das zweite Kontaktelement kann dabei formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Verschlusselement verbunden sein. In einem montierten Zustand ist das erste Kontaktelement in axialer Richtung über das zweite Kontaktelement an dem Verschlusselement abgestützt. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Kontaktelement in Bezug auf die Hauptachse koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet.
Es wird somit eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche besonders einfach über die Gehäuseöffnung stirnseitig an der Welle montiert werden kann. Zudem wird durch das Verschlusselement eine Lösung geschaffen, welche einen einfachen und kostengünstigen Austausch der Ableitvorrichtung oder einzelner Komponenten der Ableitvorrichtung ermöglicht.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das eine Kontaktelement als ein Verschleißteil ausgebildet ist und aus einem elektrisch leitfähigen Nicht-Stahl gefertigt ist. Insbesondere unterliegt das als Verschleißteil ausgebildete Kontaktelement aufgrund der Relativbewegung zwischen Welle und Gehäuseabschnitt im Betrieb der elektrischen Maschine einer Abnutzung. Insbesondere ist das Verschleißteil aus einem Metall-Graphit-Werkstoff gefertigt.
Alternativ oder optional ergänzend ist das andere Kontaktelement als ein Bestandsteil ausgebildet und aus Stahl oder einem Nichteisen-Metall gefertigt. Das Bestandsteil hingegen unterliegt im Betrieb der elektrischen Maschine keiner oder nur einer sehr geringen Abnutzung. Dabei weist das Verschleißteil vorzugsweise einen Härtewert auf, welcher geringer ist als der Härtewert des Bestandsteils. Insbesondere ist das Bestandsteil aus einem gehärteten Stahl gefertigt. Dabei sind unter dem Begriff „Stahl“ sowohl legierte als auch unlegierte Stähle als Werkstoff zu verstehen. Insbesondere sind unter dem Begriff „Nichteisen-Metall“ alle Reinmetalle außer Eisen sowie Metall-Legierungen mit einem Eisenanteil von weniger als 50% zu verstehen. Beispielsweise kann das Bestandsteil aus Kupfer oder Messing gefertigt sein.
Somit wird eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche auch noch bei hohen Drehzahlen der Welle eine sichere Ableitfunktion gewährleistet. Durch die gezielte Abnutzung des einen Kontaktelements können zudem Verschweißungen, welche beispielsweise bei einem Stahl zu Stahl Kontakt entstehen können, verhindert werden.
In einer konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass das erste Kontaktelement als ein in der Bohrung, insbesondere in der Führungshülse, geführter Erdungsstab ausgebildet ist. Insbesondere ist der Erdungsstab als ein Zylinderstab ausgebildet, welcher in der Bohrung bzw. der Führungshülse in radialer Richtung formschlüssig und/oder passgenau aufgenommen ist. Ferner ist das zweite Kontaktelement als eine an dem Verschlusselement gehaltener Kontaktkörper ausgebildet. Bevorzugt ist der Kontaktkörper als eine Kugel ausgebildet, wobei der Erdungsstab als das Verschleißteil und die Kugel als das Bestandsteil ausgebildet ist. Über die drehfest verbundene Kugel an dem Verschlusselement (Stator) und dem mit der Welle (Rotor) verbundenen Erdungsstab, wird der elektrische Kontakt hergestellt.
Somit ergibt sich vorteilhafter Weise durch den Kugelkontakt ein Punktkontakt an der Kontaktstelle zwischen den beiden Kontaktelementen, wodurch der Verschleiß des Erdungsstabes verringert werden kann. Zudem wird im Gegensatz zu radial wirkenden Wellenerdern, nicht die gesamte Wellenumfangsfläche pro Umdrehung am Erdungsstab vorbeigeführt.
In einer konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass der Gehäuseraum einen Motorabschnitt aufweist, welcher zur Aufnahme des Rotors und Stators ausgebildet und/oder geeignet ist. Ferner weist der Gehäuseraum einen Getriebeabschnitt auf, welcher zur getriebetechnischen Anbindung der Welle mit einer Getriebeeinrichtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Getriebeeinrichtung kann als eine Kupplungseinrichtung und/oder als eine Schalteinrichtung und/oder als eine Übersetzungseinrichtung ausgebildet sein. Die Welle ist mit der Getriebeeinrichtung getriebetechnisch verbunden, insbesondere bildet die Welle eine Eingangswelle in die Getriebeeinrichtung. Hierzu kann die Welle beispielsweise einen Getrieberadabschnitt aufweisen oder mit einem Getrieberad fest verbunden sein. Der Getrieberadabschnitt kann beispielsweise durch eine an der Welle angeordnete Verzahnungsgeometrie gebildet sein. Alternativ kann das Getrieberad als ein drehfest mit der Welle verbundenes Zahnrad ausgebildet sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Motorabschnitt und der Getriebeabschnitt über einen Trennabschnitt in axialer Richtung zu der Hauptachse voneinander, insbesondere schmutzdicht und/oder öldicht, getrennt sind. Vorzugsweise bilden der Motorabschnitt und der Getriebeabschnitt gemeinsam den Gehäuseraum. Vorzugsweise ist die Welle durch den Trennabschnitt durchgeführt und gegenüber dem Trennabschnitt über ein Dichtungsorgan, z.B. ein weiterer Wellendichtring, abgedichtet. Besonders bevorzugt ist der Motorabschnitt wahlweise als der Ölbereich oder als der Trockenbereich und der Getriebeabschnitt wahlweise als der Ölbereich oder als der Trockenbereich realisiert.
Gemäß dieser Ausführung ist vorgesehen, dass die Ableitvorrichtung auf einer Motorseite des Motorabschnitts angeordnet ist. Insbesondere ist die Ableitvorrichtung endseitig an der Stirnseite der Welle angeordnet, welche in dem Motorabschnitt angeordnet und/oder aus diesem geführt ist. Somit ist die Ableitvorrichtung auf der Seite des Rotors angeordnet und dort installiert, wo die elektrische Ladung und/oder elektrische Spannung in dem Rotor entsteht, sodass diese räumlich nahe abgeführt werden kann.
Alternativ ist die Ableitvorrichtung auf einer Getriebeseite des Getriebeabschnitts angeordnet. Insbesondere ist die Ableitvorrichtung endseitig an der anderen Stirnseite der Welle angeordnet, welche in dem Getriebeabschnitt angeordnet ist und/oder aus diesem geführt ist. Somit ist die Ableitvorrichtung auf der Seite der Getriebeeinrichtung angeordnet, wobei durch diese Anordnung der Getriebeabschnitt mit der Getriebeeinrichtung geschützt ist, sodass etwaige Lager in der Getriebeeinrichtung keine Stromdurchgangsschäden erleiden.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine eine weitere Ableitvorrichtung aufweist. Die weitere Ableitvorrichtung ist dabei baugleich oder identisch zu der bereits zuvor beschriebenen Ableitvorrichtung ausgebildet. Dabei ist die eine Ableitvorrichtung auf der Motorseite und die andere Ableitvorrichtung auf der Getriebeseite angeordnet. Somit ist an jedem axialen Ende der Welle jeweils eine Ableitvorrichtung angeordnet. Dadurch kann eine besonders sichere Ableitung der Ströme/Spannungen erfolgen, sodass sämtliche Lager der elektrischen Maschine sicher geschützt werden können.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Maschine als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2a, b unterschiedliche Darstellungen einer Ableitvorrichtung für die elektrische Maschine aus 1;
3a, b unterschiedliche Darstellungen einer weiteren Ableitvorrichtung für die elektrische Maschine aus 1.

1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine elektrische Maschine 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise ist die elektrische Maschine für ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, ausgebildet und/oder geeignet. Die elektrische Maschine 1 ist dabei als eine elektrische Traktionsmaschine ausgebildet und dient zur Erzeugung und/oder Bereitstellung eines Traktionsmoments, insbesondere eines Haupttraktionsmoments, für das Fahrzeug.
Die elektrische Maschine 1 kann beispielsweise als ein Gleichstrom-, Synchron- oder Asynchronmotor, usw. ausgebildet sein.
Die elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 2 und einen Stator 3 auf, welche in Bezug auf eine Hauptachse H koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 1 mit einer Energieeinrichtung, z.B. eine Batterie oder ein Akku, elektrisch verbunden sein, um Energie zur Erzeugung des Traktionsmoments zu erhalten.
Ferner weist die elektrische Maschine 1 eine Welle 4 zur Übertragung des Traktionsmoments auf. Der Rotor 2 ist mit der Welle 4 antriebstechnisch verbunden, sodass die Welle 4 über und/oder durch den Rotor 2 angetrieben wird. Die Welle 4 ist somit als eine Rotorwelle ausgebildet und ist hierzu mechanisch, z.B. drehfest, und elektrisch mit dem Rotor 2 verbunden. Die Welle 4 definiert dabei mit ihrer Rotationsachse die Hauptachse H.
Die elektrische Maschine 1 weist ein Gehäuse 5 auf, welches einen Gehäuseraum 6 definiert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 5 durch den Stator 3 sowie einen ersten und einen zweiten Gehäuseabschnitt 7, 8 gebildet, wobei der erste Gehäuseabschnitt 7 auf der einen axialen Seite und der zweite Gehäuseabschnitt 8 auf der anderen axialen Seite des Stators 3 angeordnet ist. Der Gehäuseraum 6 ist somit in radialer Richtung durch den Stator 3 und in axialer Richtung durch die beiden Gehäuseabschnitte 7, 8 begrenzt.
Die Welle 4 und der Rotor 2 sind in dem Gehäuseraum 6 über mehrere Lagereinrichtungen 9 drehbar gelagert. Dabei bilden die beiden Gehäuseabschnitte 7, 8 jeweils ein Lagerschild, wobei die Welle 4 über die Lagereinrichtung 9a, b, c an den beiden Gehäuseabschnitten 7, 8 abgestützt ist. Die Lagereinrichtungen 9a, b, c sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils als Kugellager, insbesondere Rillenkugellager ausgebildet.
Der Gehäuseraum 6 ist in einen Motorabschnitt 10 zur Aufnahme des Rotors 2 und in einen Getriebeabschnitt 11 zur Anbindung der Welle an eine Getriebeeinrichtung, nicht dargestellt, unterteilt, wobei der Motorabschnitt 10 und der Getriebeabschnitt 11 über einen Trennabschnitt 12 räumlich voneinander getrennt sind und über die Welle 4 getriebetechnisch miteinander verbunden sind.
Der Trennabschnitt 12 ist hierzu in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H zwischen dem Motorabschnitt 10 und dem Getriebeabschnitt 11 angeordnet und als eine Trennwand ausgebildet. Der Motorabschnitt 10 ist beispielsweise als ein Trockenbereich und der angrenzende Getriebeabschnitt 11 als ein Ölbereich ausgebildet, wobei der Trennabschnitt 12 eine öldichte Abtrennung zwischen dem Motorabschnitt 10 und dem Getriebeabschnitt 11 bildet. Die Welle 4 ist hierzu von dem Motorabschnitt 10 durch den Trennabschnitt 12 in den Getriebeabschnitt 11 geführt und über ein Dichtungsorgan 13 gegenüber dem Trennabschnitt 12 abgedichtet. Das Dichtungsorgan 13 ist als eine berührende Dichtung, z.B. ein Wellendichtring, ausgebildet.
Die Welle 4 bildet eine Eingangswelle in die Getriebeeinrichtung. Hierzu weist die elektrische Maschine 1 ein Getrieberad 14 auf, welches drehfest mit der Welle 4 verbunden ist und in dem Getriebeabschnitt 11 angeordnet ist. Das Getrieberad 14 ist als ein Zahnrad ausgebildet und kann beispielsweise zur Übersetzung des Traktionsmoments auf die Getriebeeinrichtung mit einem weiteren Zahnrad, nicht dargestellt, der Getriebeeinrichtung in Eingriff stehen.
Während des Betriebes können schädigende Spannungen auf die Welle 4 und somit in den Rotor 2 induziert werden, wodurch eine kapazitive Kopplung zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 2 entsteht. Diese Spannungen werden üblicherweise über die Lagereinrichtung 9a des Motorabschnitts 10 oder teils auch durch die Lagereinrichtungen 9b, c des Getriebeabschnitts 11 abgeleitet. Zudem können in elektrischen Maschinen 1, insbesondere Wechselstrommotoren hoher Leistungsklasse, zirkulierende Hochfrequenzströme entstehen. Die zirkulierenden Hochfrequenzströme zirkulieren dabei aufgrund von Ungleichgewichten des magnetischen Flusses im Stator 3 beispielsweise durch die Lagereinrichtungen 9a, b, c der elektrischen Maschine 1. Als Folge der Ableitung der schädigenden Spannungen sowie der zirkulierenden Hochfrequenzströme über die Lagereinrichtungen 9a, b, c, kann es zu Lagerausfällen kommen. Dabei springen Funken über den dielektrischen Öl- oder Fettfilm, auch Funkenerosion genannt, zwischen den rotierenden Teilen und der Lagerlaufbahn über, wodurch Schmelzkrater und/oder eine Art Lagerprofilierung (Riffelbildung) in der Lagerlauflaufbahn der Lagereinrichtungen 9a, b, c verursacht werden.
Um zu vermeiden, dass die Lagereinrichtungen 9a, b, c beschädigt werden, ist eine Abführung dieser elektrischen Energie notwendig. Hierzu weist die elektrische Maschine 1 eine erste und eine zweite Ableitvorrichtung 15, 16, als eine Ableitvorrichtung und eine weitere Ableitvorrichtung, auf. Die Ableitvorrichtungen 15, 16 dienen zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder elektrischen Spannung, ausgehend von dem Rotor 2 über die Welle 4 zu dem Gehäuse 5. Das Gehäuse 5 ist dabei mit Masse verbunden und/oder geerdet, sodass die elektrischen Ladungen und/oder Spannungen über das Gehäuse 5 sicher abgeleitet werden können. Die beiden Ableitvorrichtungen 15, 16 sind hierzu jeweils endseitig an einer axialen Stirnseite der Welle 4 angeordnet und jeweils mit der Welle 4 und mit dem Gehäuse 5 elektrisch verbunden. Dabei ist die erste Ableitvorrichtung 15 an dem ersten Gehäuseabschnitt 7 und die zweite Ableitvorrichtung 16 an dem zweiten Gehäuseabschnitt 8 angeordnet.
Die beiden Ableitvorrichtungen 15, 16 weisen jeweils eine erste und eine zweite Kontakteinrichtung 17, 18 auf, welche in Bezug auf die Hauptachse H koaxial angeordnet sind und in axialer Richtung miteinander in einem Kontaktraum 19 elektrisch kontaktieren. Der Kontaktraum 19 ist dabei benachbart zu dem Gehäuseraum 6 angeordnet, wobei der Kontaktraum 19 der ersten Ableitvorrichtung 15 an den Motorabschnitt 10 und der Kontaktraum 19 der zweiten Ableitvorrichtung 16 an den Getriebeabschnitt 11 angrenzt. Die erste Kontakteinrichtung 17 ist elektrisch und mechanisch, insbesondere drehfest, mit der Welle 4 und die zweite Kontakteinrichtung 18 ist elektrisch und mechanisch, insbesondere drehfest mit dem jeweils zugehörigen Gehäuseabschnitt 7, 8 verbunden. Die Kontakteinrichtungen 17, 18 sind zudem in Umlaufrichtung relativ zueinander verdrehbar und in axialer Richtung elastisch aneinander abgestützt.
Im Betrieb der elektrischen Maschine 1 kann ein Abrieb an der Kontaktstelle zwischen den beiden Kontakteinrichtungen 17, 18 entstehen. Dieser Abrieb ist leitfähig und kann bei einem Eintritt in den Gehäuseraum 6, insbesondere den Motorabschnitt 10, einen Kurzschluss in der elektrischen Maschine 1 hervorrufen. Zudem kann durch die benachbarte Anordnung der zweiten Ableitvorrichtung 16 zu dem als Ölbereich ausgebildeten Getriebeabschnitt 11, Öl in den zugehörigen Kontaktraum 19 eindringen, wodurch eine sichere Kontaktierung der beiden Kontakteinrichtungen 17, 18 nicht mehr gewährleistet werden kann.
Es wird hierzu vorgeschlagen, dass die erste und die zweite Ableitvorrichtung 15, 16 jeweils eine Schutzeinheit 20 aufweisen, welche dazu dient die Kontakträume 19 gegenüber dem Gehäuseraum 6 sowie der Umgebung abzudichten. Somit wird eine Ableitvorrichtung 15, 16 vorgeschlagen, welche sowohl in trockener als auch in nasser Umgebung verwendet werden kann. Dabei ist der Aufbau und die Funktion der beiden Ableitvorrichtungen 15, 16 in den nachfolgenden Figuren genauer beschrieben.
Die 2a zeigt dabei eine Detailansicht des Motorabschnitts 10 mit der montierten ersten Ableitvorrichtung 15 aus 1. 2b zeigt die erste Ableitvorrichtung 15 in einer Explosionsdarstellung. Wie aus den 2a, b zu entnehmen, weist die Welle 4 stirnseitig eine erste axial verlaufende Bohrung 4a zur Aufnahme der ersten Kontakteinrichtung 17 auf. Die erste Bohrung 4a ist dabei als eine koaxial zu der Hauptachse H angeordnete Sacklochbohrung ausgebildet, welche in einer axialen Richtung AR geöffnet ist.
Die erste Kontakteinrichtung 17 umfasst ein erstes Kontaktelement 21a, ein Federorgan 22 sowie eine Führungshülse 23, welche als eine Baueinheit zusammengesetzt in der ersten Bohrung 4a eingesetzt sind und den direkten Kontakt zum Rotor 2 herstellen. Die Führungshülse 23 ist als eine in einer axialen Gegenrichtung GR geschlossene Zylinderhülse ausgebildet, welche verliersicher, z.B. über eine Presspassung, in der ersten Bohrung 4a angeordnet ist. Das erste Kontaktelement 21a ist als ein zylindrischer Erdungsstab ausgebildet, welcher in der Führungshülse 23 axial beweglich aufgenommen ist. Dabei ist das erste Kontaktelement 21a in der axialen Gegenrichtung GR über das Federorgan 22 an der Führungshülse 23 abgestützt und ragt zur Kontaktierung der zweiten Kontakteinrichtung 18, in der axialen Richtung AR aus der Führungshülse 23 heraus. Das Federorgan 22 ist als eine Druckfeder, insbesondere eine Schraubendruckfeder, ausgebildet, welche in der Führungshülse 23 aufgenommen ist und das erste Kontaktelement 21a in der axialen Richtung AR, insbesondere in Richtung der zweiten Kontakteinrichtung 18, mit einer Federkraft F beaufschlagt.
Die zweite Kontakteinrichtung 18 weist ein Verschlusselement 24 sowie ein mit dem Verschlusselement 24 verbundenes zweites Kontaktelement 21b auf, welche als eine Baueinheit zusammengesetzt in einer Gehäuseöffnung 25a des ersten Gehäuseabschnitts 7 eingesetzt sind und den direkten Kontakt zum Stator 3 herstellen. Das Verschlusselement 24 ist dabei als eine Verschlusskappe ausgebildet, welche zum Verschließen der Gehäuseöffnung 25a in den ersten Gehäuseabschnitt 7 beispielsweise eingeschraubt oder eingepresst ist. Das zweite Kontaktelement 21b ist als eine Kugel ausgebildet, welche innerhalb des Kontaktraums 19 in der axialen Gegenrichtung GR mittig an dem Verschlusselement 24 montiert, vorzugsweise drehfest, befestigt ist.
Der Kontaktraum 19 ist dabei durch das Verschlusselement 24 definiert und ist in einen Kontaktbereich 19a und einen Auffangbereiche 19b unterteilt. Der Kontaktbereiche 19a ist dabei der Bereich des Kontaktraums 19, in welchem die beiden Kontaktelemente 21a, b angeordnet sind und miteinander kontaktieren. Der Auffangbereich 19b ist dabei als ein den Kontaktbereich 19a umlaufender Ringraum definiert, welcher den im Betrieb der elektrischen Maschine 1 erzeugten Abrieb auffängt und gegenüber dem benachbarten Motorabschnitt 10 zurückhält.
Über die beiden miteinander elektrisch kontaktierten Kontaktelemente 21a, b wird ein Strompfad mit dem geringsten Widerstand zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 hergestellt, über welchen die induzierten Ströme/Spannungen sicher zur Erdung abgeleitet werden. Durch das mit dem Gehäuseabschnitt 7 verschraubbare Verschlusselement 24, wird zudem eine einfache Montage der Ableitvorrichtung 15 vorgeschlagen, welche zugleich im Servicefall einen kostengünstigen Austausch einzelner Komponenten ermöglicht.
Bevorzugt ist, dass das erste Kontaktelement 21a als ein Verschleißteil ausgebildet ist, welches aus einem Nicht-Stahl, beispielweise ein Metall-Graphit-Verbundwerkstoff, gefertigt ist. Das zweite Kontaktelement 21b hingegen ist als ein Bestandsteil ausgebildet, welches aus Stahl oder einer Stahllegierung oder einem Nichteisen-Metall, wie z.B. ein Edel-, Bund- oder Weißmetall oder eine Buntmetalllegierung mit einem Eisen-Anteil von weniger als 50%, gefertigt ist. Im Betrieb der elektrischen Maschine 1 nutzt sich somit das erste Kontaktelement 21a ab, wohingegen das zweite Kontaktelement 21b bestehen bleibt. Dabei übernimmt das Federorgan 22 die Funktion einer Nachstellfeder, welche das erste Kontaktelement 21a bei einer Abnutzung in axialer Richtung AR selbsttätig nachstellt. Somit kann ein dauerhafter Kontakt zwischen den beiden Kontaktelementen 21a, b gewährleistet werden. Zudem ist der Kugelkontakt (Punktkontakt) zwischen der Kugel und dem Erdungsstab insoweit vorteilhaft, da sich dadurch der Verschleiß des Erdungsstabes verringern lässt. Im Gegensatz zu radial wirkenden Wellenerdern, wird dabei nicht die gesamte Wellenumfangsfläche (welche Durchmesserabhängig ist), pro Umdrehung am Erdungsstab vorbeigeführt.
Zur Abschirmung des leitfähigen Abriebs gegenüber dem Motorabschnitt 10, weist die Schutzeinheit 20 zusätzlich eine Abriebschutzeinrichtung 26 auf. Die Abriebschutzeinrichtung 26 ist als eine berührungslose Rotationsdichtung, beispielsweise eine Spaltdichtung, ausgebildet, welche an einem Innenumfang des Verschlusselements 24 angeordnet ist und gegenüber der Welle 4 bzw. der endseitig aus der Bohrung 4a ragenden Führungshülse 23 einen Dichtspalt bildet. Die Abriebschutzeinrichtung 26 verhindert somit einen Eintrag von Abrieb aus dem Kontaktraum 19, insbesondere dem Auffangbereich 19b, in den Gehäuseraum 6. Der Kontaktraum 19 ist somit in radialer Richtung sowie in der axialen Richtung AR durch das Verschlusselement 24 selbst und in der axialen Gegenrichtung GR, durch die Abriebschutzeinrichtung 26 begrenzt.
Zusätzlich weist die Schutzeinheit 20 eine erste Dichtungseinrichtung 27a auf, welche das Verschlusselement 24 gegenüber dem ersten Gehäuseabschnitt 7 abdichtet. Die erste Dichtungseinrichtung 27a ist als eine statische Berührungsdichtung, beispielsweise als ein Dichtring, ausgebildet, welcher in axialer Richtung zwischen dem Verschlusselement 24 und dem ersten Gehäuseabschnitt 7, an einem Außenumfang des Verschlusselements 24 angeordnet ist. Die erste Dichtungseinrichtung 27a verhindert somit einen Eintrag von Fremdpartikeln, wie z.B. Schmutzwasser, Staub, Feuchtigkeit etc., aus einer Umgebung über die Gehäuseöffnung 25a des ersten Gehäuseabschnitts 7, in den Gehäuseraum 6.
Somit ergibt sich ein vorteilhafter Aufbau der ersten Ableitvorrichtung 15, wobei der Auffangbereich 19b zusammen mit der Abriebschutzeinrichtung 26, ein sicheres Auffangen des leitfähigen Abriebes gewährleistet und somit die Verteilung des Abriebes in dem Gehäuseraum 6 verhindert wird. Somit kann die erste Ableitvorrichtung 15 innerhalb der elektrischen Maschine 1 verwendet werden und ist zudem durch die erste Dichtungseinrichtung 27a vor effizienzstörenden Umwelteinflüssen geschützt.
Die 3a zeigt eine Detailansicht des Getriebeabschnitts 11 mit der montierten zweiten Ableitvorrichtung 16 aus 1. 3b zeigt die zweite Ableitvorrichtung 16 in einer Explosionsdarstellung. Wie aus den 3a, b zu entnehmen, weist die Welle 4 an ihrem anderen axialen Ende stirnseitig eine zweite axial verlaufende Bohrung 4b zur Aufnahme der ersten Kontakteinrichtung 17 auf. Die zweite Bohrung 4b ist dabei als eine der ersten Bohrung 4a gegenüberliegende Sacklochbohrung ausgebildet. Die zweite Ableitvorrichtung 16 ist baugleich zu der ersten Ableitvorrichtung 15 ausgebildet, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur noch auf die wesentlichen Unterschiede gegenüber der ersten Ableitvorrichtung 15 eingegangen wird.
Dabei weist die Schutzeinheit 20 der zweiten Ableitvorrichtung 16 eine zweite Dichtungseinrichtung 27b, als eine weitere Dichtungseinrichtung, auf. Die zweite Dichtungseinrichtung 27b ist als eine berührende Rotationsdichtung, beispielsweise ein Radialwellendichtring, ausgebildet, welche einerseits an einem Innenumfang des Verschlusselements 24 und andererseits an der Welle 4 dichtend anliegt. Die zweite Dichtungseinrichtung 27b verhindert somit einen Eintrag von Öl aus dem Getriebeabschnitt 11 in den Kontaktraum 19, sodass der Kontaktraum 19 als ein weiterer Trockenbereich ausgebildet ist. Die zweite Dichtungseinrichtung 27b ist hierzu in der axialen Richtung AR vor der Abriebschutzeinrichtung 26 angeordnet, um das in dem Getriebeabschnitt 11 befindliche Öl von der Abriebschutzeinrichtung 26 abzuschirmen.
Somit wird eine Ableitvorrichtung 16 vorgeschlagen, welche sowohl in trockener als auch in nasser Umgebung eingesetzt werden kann. Zudem wird durch die zweite Ableitvorrichtung 16 eine sichere Ableitung nahe des Getriebeabschnitts 11 umgesetzt und die Lagereinrichtungen 9b, c des Getriebeabschnitts 11 geschützt.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Maschine
2: Rotor
3: Stator
4: Welle
4a, b: Bohrung
5: Gehäuse
6: Gehäuseraum
7: erster Gehäuseabschnitt
8: zweiter Gehäuseabschnitt
9a, b, c: Lagereinrichtungen
10: Motorabschnitt
11: Getriebeabschnitt
12: Trennabschnitt
13: Dichtungsorgan
14: Getrieberad
15: erste Ableitvorrichtung
16: zweite Ableitvorrichtung
17: erste Kontakteinrichtung
18: zweite Kontakteinrichtung
19: Kontaktraum
19a: Kontaktbereich
19b: Auffangbereich
20: Schutzeinheit
21a, b: Kontaktelemente
22: Federorgan
23: Führungshülse
24: Verschlusselement
25a, b: Gehäuseöffnungen
26: Abriebschutzeinrichtung
27a, b: Dichtungseinrichtungen
H: Hauptachse
AR: axiale Richtung
GR: axiale Gegenrichtung

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

JP 2013174326 A [0003]

Claims

Elektrische Maschine (1) mit einem Gehäuseabschnitt (7), wobei der Gehäuseabschnitt (7) einen Gehäuseraum (6) begrenzt, mit einem Rotor (2) und mit einer Welle (4), wobei die Welle (4) mit dem Rotor (2) elektrisch und getriebetechnisch verbunden ist und wobei die Welle (4) und der Rotor (2) in dem Gehäuseraum (6) drehbar gelagert sind, wobei die Welle (4) eine Hauptachse (H) definiert, mit einer Ableitvorrichtung (15) zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von dem Rotor (2) über die Welle (4) zu dem Gehäuseabschnitt (7), wobei die Ableitvorrichtung (15) eine erste Kontakteinrichtung (17) zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit der Welle (4) und eine zweite Kontakteinrichtung (18) zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt (7) aufweist, wobei die erste und die zweite Kontakteinrichtung (17, 18) relativ zueinander verdrehbar sind und in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse (H) in einem Kontaktraum (19) elektrisch miteinander kontaktieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitvorrichtung (15) eine Schutzeinheit (20) aufweist, wobei der Kontaktraum (19) und der Gehäuseraum (6) über die Schutzeinheit (20) dichtend voneinander getrennt sind.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinheit (20) eine Abriebschutzeinrichtung (26) aufweist, wobei die Abriebschutzeinrichtung (26) zwischen dem Kontaktraum (19) und dem Gehäuseraum (6) angeordnet ist, sodass ein Übertrag von Abrieb der ersten und/oder der zweiten Kontakteinrichtung (21a, b) aus dem Kontaktraum (19) in den Gehäuseraum (6) vermieden oder zumindest verringert wird.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinheit (20) eine Dichtungseinrichtung (27a) aufweist, wobei die Dichtungseinrichtung (27a) zwischen der zweiten Kontakteinrichtung (18) und dem Gehäuseabschnitt (7, 8) angeordnet ist, sodass ein Eintrag von Fremdpartikeln aus einer Umgebung in den Gehäuseraum (6) und/oder Kontaktraum (19) vermieden oder zumindest verringert wird.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitvorrichtung (16) eine weitere Dichtungseinrichtung (27b) aufweist, wobei die weitere Dichtungseinrichtung (27b) zwischen dem Kontaktraum (19) und dem Gehäuseraum (6) angeordnet ist, sodass ein Eintrag von Fremdpartikeln aus dem Gehäuseraum (6) in den Kontaktraum (19) vermieden oder zumindest verringert wird.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktraum (19) einen Kontaktbereich (19a) und einen Auffangbereich (19b) zum Auffangen eines Abriebs der ersten und/oder zweiten Kontakteinrichtung (17, 18) aufweist, wobei die erste und die zweite Kontakteinrichtung (17, 18) in dem Kontaktbereich (19a) elektrisch miteinander kontaktieren und wobei der Auffangbereich (19b) als ein den Kontaktbereich (19a) umlaufender Ringraum ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) mindestens eine stirnseitig eingebrachte Bohrung (4a) aufweist und dass die erste Kontakteinrichtung (17) ein erstes in der Bohrung (4a) geführtes Kontaktelement (21a) sowie ein in der Bohrung (4a) angeordnetes Federorgan (22) zur Beaufschlagung des ersten Kontaktelements (21a) mit einer Federkraft (F) in Richtung der zweiten Kontakteinrichtung (18) aufweist und dass die zweite Kontakteinrichtung (18) ein mit dem Gehäuseabschnitt (7) verbundenes Verschlusselement (24) sowie ein mit dem Verschlusselement (24) verbundenes zweites Kontaktelement (21b) aufweist, wobei das erste Kontaktelement (21a) in axialer Richtung über das zweite Kontaktelement (21b) an dem Verschlusselement (24) abgestützt ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Kontaktelement (21a, b) als ein Verschleißteil aus einem elektrisch leitfähigen Nicht-Stahl, insbesondere einem Metall-Graphit-Werkstoff, gefertigt ist und/oder dass das andere Kontaktelement (21a, b) als ein Bestandsteil aus Stahl oder einem Nichteisen-Metall gefertigt ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktelement (21a) als ein in der Bohrung (4a) geführter Erdungsstab ausgebildet ist und/oder dass das zweite Kontaktelement (21b) als eine an dem Verschlusselement (24) gehaltener Kontaktkörper ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseraum (6) einen Motorabschnitt (10) zur Aufnahme des Rotors (2) sowie einen Getriebeabschnitt (11) zur getriebetechnischen Anbindung der Welle (4) mit einer Getriebeeinrichtung aufweist, wobei die Ableitvorrichtung (15) wahlweise auf einer Motorseite des Motorabschnitts (10) oder auf einer Getriebeseite des Getriebeabschnitts (11) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 9, gekennzeichnet, durch eine weitere Ableitvorrichtung (16), wobei die eine Ableitvorrichtung (15) auf der Motorseite des Motorabschnitts (10) und die andere Ableitvorrichtung (16) auf der Getriebeseite des Getriebeabschnitts (11) angeordnet ist.