轴接地环的制作方法

1.本发明涉及一种用于在电动马达的转动轴与壳体之间建立电势连接的轴接地环，该轴接地环包括具有接触轴的接触部分的导电接地元件以及固定到壳体的金属支承体。


背景技术：

2.由于滚珠与滚珠轴承壳体之间不需要的火花放电，电动马达或电驱动器上电荷耗散的缺乏会显著降低滚珠轴承的使用寿命。同样，用于润滑的介质被暴露在放电中，可能会被损坏或破坏。例如，从jp s60-167263 u、de 10 2013 000 982 b4和de 10 2014 010 269 b4中已知轴接地环。通过使用导电无纺织物作为接地元件的材料，它是透气的，并且防止在轴接地环的两侧上出现不利的轴向压力差。然而，无纺织物的透气性降低了接地元件的导电性，这不利于轴接地环的等电位联结功能。
3.jp 2015-207533 a公开了一种轴接地环，其具有带导电纤维的刷环。
4.de 10 2019 133 886 a1公开了一种用于电驱动器的散热设备，该散热设备包括承载体装置和接触装置，该散热设备具有至少一个开口，所述至少一个开口沿轴向方向形成空气通道，在至少一个连接区域中，承载体装置的承载部件和保持部件通过成型工艺相互连接。


技术实现要素：

5.本发明所解决的问题是提供一种轴接地环，其中，一方面，有效地防止了在轴接地环的两侧上出现不利的轴向压力差，而不会因此削弱轴接地环的等电位联结功能。
6.本发明通过权利要求1的特征解决了这个问题。相应地，金属支承体具有至少一个通风开口，该至少一个通风开口使得可以在绕过接地元件的同时对壳体内部进行通风。金属支承体中的至少一个通风开口有效地防止了在轴接地环的两侧上出现不利的轴向压力差。由于通风功能不是必须由接地元件提供，所以能够关于电等电位联结功能优化地选择接地元件的材料。
7.特别地，接地元件能够有利地设计成不透气的，以便与现有技术的非织造织物相比增加导电性。接地元件的有利的封闭的不透气设计比传统的刷体在机械和化学上更坚固，特别是当在油中操作时或者如果转动方向相反的情况下。
8.接地元件优选地是导电的、可弹性变形的环形盘，并且也能够被称为接地盘。接地元件最好是一体式的。该实施例比传统的刷体更容易制造，并且还能够提高导电性。
9.接地元件为封闭环形盘的设计使得其可以有利地执行密封和/或保护功能，即，将内部相对于外部密封和/或保护其免受污染。优选的应用是电驱动的机动车辆，并且通常是在轴上的接口处需要密封和/或污垢排除功能的电驱动器。
10.通风开口有利地布置在接地元件的径向外侧，使得接地元件不会覆盖通风开口，并且它们的功能不会被接地元件削弱。在一些实施例中，接地元件因此可以不被支撑在马达壳体上或者与所述壳体相互作用的轴接地环的圆柱形凸缘上。然而，为了将接地元件保
持在轴接地环中的期望位置，特别是相对于轴居中，轴接地环优选地具有至少一个保持和/或对中元件，该保持和/或对中元件被布置和被设计成将接地元件保持在轴接地环中的期望位置，特别是相对于轴居中。保持和/或对中元件能够优选地与支承体一体地形成和/或由支承体形成，以便最小化部件的数量。根据以上所述，保持和/或对中元件优选地布置在接地元件的外周上，使得保持和/或对中元件能够承担马达壳体或与所述壳体相互作用的轴接地环的圆柱形凸缘的支撑功能。
11.接地元件优选地通过粘合剂，特别是导电的粘合剂附接到支承体。例如，这能够通过在粘合剂基材中使用导电颗粒或纤维来实现。接地元件与支承体的电附接和/或机械附接能够通过粘合剂有效且廉价地实现。附加地或替代地，其他形式的附接也是可能的。例如，接地元件能够通过金属铆钉固定到支承体。
12.在有利的实施例中，轴接地环包括优选导电的、特别是金属的夹持环，用于将接地元件夹持到支承体。夹持环将接地元件压靠在支承体上，从而确保接地元件与支承体较好的电附接。为了进一步改善电接触，夹持环优选地具有至少一个导电的穿透元件，该穿透元件在组装状态下穿透到接地环中。附加地或替代地，支承体能够具有至少一个导电的突出的穿透部件，该穿透部件在组装状态下穿透到接地环中。在另外的实施例中，支承体在其内圆周上具有至少一个导电的延伸件，该延伸件在组装状态下、特别是在接地元件的附接部分和接触部分之间的过渡部分中接触接地元件。这也能够改善接地元件与支承体之间的电接触。
13.接地元件的材料有利地包括基底材料和分布在其中的导电填料。基底材料优选由诸如ptfe、fkm的含氟聚合物、弹性体或氟化热塑性塑料组成。填料能够优选包括金属、金属化和/或金属涂覆的颗粒、纤维和/或空心球、导电炭黑、纳米管，特别是中空纤维或碳纳米管，和/或导电纤维，例如碳纤维。
14.在有利的实施例中，轴接地环被设计成在接地元件上施加弹簧预载荷，以便抵消例如接地元件的与老化相关的松弛，并因此抵消与支承体的电接触的恶化。弹簧预载荷能够优选地通过至少一个弹簧元件产生，在优选实施例中，该弹簧元件能够由上述夹持环形成。
15.在一些有利的实施例中，通风开口是穿过支承体的径向部分的通孔。在其他有利的实施例中，通风开口是支承体的外周上的轴向槽。这能够比前面描述的实施例容易生产。此外，因为不透气接地元件能够用其外边缘，特别是其圆柱形外凸缘支撑在支承体上，因此在该实施例中能够省去用于接地元件的对中元件。
16.在一些实施例中，面向轴的接地元件或接地边缘的表面能够是非结构化的或光滑的。在其他实施例中，为了减小摩擦功率，接地元件的面向轴的表面能够是结构化的或者能够具有结构。该结构能够优选是封闭的，例如同心的环形的诸如脊的隆起和/或诸如槽的凹陷。
17.在另外的有利的实施例中，除了导电主体之外或者作为导电主体的替代，接地元件具有导电的表面涂层。以这种方式，能够实现接地元件的导电率的显著增加。
18.涂层能够优选是例如基于铜、银、金、锡、铝的金属涂层，或者其他金属或合金。也可以组合多层金属。此外，金属或半导体也能够与非金属导电元件结合。
19.该涂层能够基于诸如石墨烯、石墨、碳纳米颗粒、碳纤维、导电炭黑的非金属导电
材料，或诸如聚苯胺或其衍生物的导电聚合物，特别是没有粘结基质。此外，金属还能够结合到这些层中，例如金属化石墨。
20.涂层能够通过集成在基质中的金属成分而具有导电性，集成在基质中的金属成分例如具有金属填料的导电漆，金属填料例如铜、银、金、锡或其他金属或它们的合金。涂层能够通过集成在基质中的非金属导电成分而具有导电性，集成在基质中的非金属导电成分例如具有非金属填料的导电漆，非金属填料例如石墨烯、碳纳米颗粒、碳纤维和导电炭黑。诸如聚苯胺或其衍生物的导电聚合物能够用作上述填料的基质，然而非导电聚合物或树脂也是可能的。
21.涂层能够包括金属和非金属导电成分的组合，例如铜和石墨烯或铜和聚苯胺的组合，有利地也作为铜的腐蚀保护。
22.优选通过化学、电流或物理方法，例如pvd、cvd、超声波、喷射沉积(喷射)等，将导电颗粒沉积或施加到接地元件的主体上。接地元件的表面能够完全或部分地设有导电涂层，特别是在一侧、两侧或者一个或两个表面的部分区域。
23.取决于哪种金属可用于涂层，金属有可能从接地元件的表面转移到轴的配合表面上的金属表面，这使得可以在具有低径向力的动态条件下降低接触电阻。
24.导电层的层厚优选在一个原子层的层厚至最大0.3mm。
附图说明
25.下面将参照附图基于优选实施例解释本发明，在附图中：
26.图1是第一实施例中组装好的接地环的横截面示意图；
27.图2是根据第一实施例的接地环的立体图；
28.图3是根据第一实施例的接地环的从壳体内部看去的平面图；
29.图4和图5是接地环沿图3中b-b线和a-a线的剖视图；
30.图6是第二实施例中组装好的接地环的横截面示意图；
31.图7是根据第二实施例的接地环的立体图；
32.图8是根据第二实施例的接地环的从壳体内部看去的平面图；
33.图9至图11是接地环沿着图8中的线a-a、b-b和c-c的剖视图；
34.图12是第三实施例中组装好的接地环的横截面示意图；
35.图13是根据第三实施例的接地环的立体图；
36.图14是根据第三实施例的接地环的从壳体内部看去的平面图；
37.图15至图17是接地环沿着图14中的线a-a、b-b和c-c的剖视图；
38.图18是第四实施例中组装好的接地环的横截面示意图；
39.图19是根据第四实施例的接地环的立体图；
40.图20是图19的接地环的类似于图17的剖视图；
41.图21是根据第五实施例的接地环的立体图；
42.图22是根据第五实施例的接地环的从壳体内部看去的平面图；
43.图23和图24是接地环沿着图22中的线a-a和c-c的剖视图；
44.图25是另一实施例中的接地环的示意性截面图；
45.图26是根据图25的实施例中接地环的通风开口区域中的横截面图；
46.图27是第六实施例中组装好的接地环的横截面示意图；
47.图28是根据第六实施例的接地环的从壳体内部看去的平面图；
48.图29是接地环沿着图28中的线c-c的剖视图；
49.图30是第七实施例中组装好的接地环的横截面示意图；
50.图31是根据第七实施例的接地环的从壳体内部看去的平面图；
51.图32是接地环沿着图31中的线c-c的剖视图；
52.图33是第八实施例中组装好的接地环的横截面示意图；
53.图34是根据第八实施例的接地环的从壳体外部看去的平面图；
54.图35是接地环沿着图34中的线a-a的剖视图；
55.图36是第九实施例中组装好的接地环的横截面示意图；
56.图37是根据第九实施例的接地环的从壳体内部看去的平面图；
57.图38是接地环沿着图37中的线a-a的剖视图；
58.图39是另一实施例中组装好的接地环的横截面示意图；
59.图40、图41和图44是另外的实施例中组装好的接地环的剖视图；以及
60.图42和图43是接地元件组装前的平面图。
具体实施方式
61.接地环10包括金属的支承体11和接地元件16，该支承体能够插入到电动马达的壳体13中的圆柱形孔12中。为此目的，支承体11在其外周上具有圆柱形凸缘14，该凸缘的外径对应于圆柱形孔12的内径。支承体11还具有径向承载部分15，该径向承载部分从圆柱形凸缘开始径向向内延伸，并用于保持连接到其上的接地元件16。
62.接地元件16是导电的、可弹性变形的环形盘，也能够称为接地盘。因此，接地元件16在预组装状态下是盘形形状的，并且在组装过程中弹性变形，以便其接触部分18在轴向长度上搁置在待密封的轴19上，如图1所示。
63.接地元件16由导电且弹性的材料制成，或者具有至少一种导电材料和至少一种弹性材料。也可以是材料的组合或材料的混合物，例如包括导电和非导电材料。
64.在未组装状态下，接地元件16具有例如环形盘的形状。接地元件16具有外部径向附接部分17，接地元件16借助于该外部径向附接部分以平面且导电的方式连接到支承体11或承载部分15。接地元件16还具有内部圆柱形接触部分18，在组装状态下，该内部圆柱形接触部分优选平放在电动马达的转动轴19上，因此优选与其平面接触，如能够从图1所示出的。平面接触不是绝对必要的；通常如果接地元件16仅用一个边缘搁置在轴19上就足够了。在组装的操作状态下，具有接触部分18的接地元件16优选地相对于内部20向内弯曲，如图1所示。可选地，接地元件16还能够向外弯曲。接地元件16也能够被称为接地边缘。
65.接地元件16的材料有利地包括基底材料和分布在其中的导电填料。基底材料有利地是ptfe(聚四氟乙烯)或另一种含氟聚合物如fkm(氟橡胶)，简单的弹性体如acm、aem、hnbr或nbr，或者氟化热塑性塑料。导电填料优选包括金属、金属化和/或金属涂覆的颗粒、纤维和/或空心球、导电炭黑、纳米管，特别是中空纤维或碳纳米管，以及/或者导电纤维，例如碳纤维。
66.由于导电接地元件16与轴19之间的导电接触、接地元件16到金属支承体11的电附
接以及支承体11与例如金属壳体13之间的导电接触，在轴19与壳体13之间存在连续的导电连接。在电动马达的每个运行状态下，接地环10以这种方式在轴19与壳体13之间建立等电位联结。
67.为了给壳体13内的内部20通风，支承体11具有至少一个通风开口22，该通风开口允许空气从壳体内部20通到外部21，从而允许在绕过接地元件16的同时对壳体内部20进行通风。因此，接地元件的材料能够优选不透气，这对于接地元件16的接地特性能够是有利的。优选地，设置多个通风开口22，特别地，这些通风开口以距彼此相等的角度设置，并且围绕接地元件16的圆周布置。在图2至图5的实施例中，设置了例如六个通风开口22，但是通风开口22的数量也可以多于或少于六个。如根据图1至5的实施例，通风开口22能够设置在径向承载部分15中。
68.通风开口22有利地布置在接地元件16的径向外侧。接地元件16的外径有利地小于壳体孔12的内径，并且有利地也小于圆柱形凸缘14的内径，以便留出通风开口22。
69.在该实施例中，在支承体11上设置至少一个保持和/或对中元件23，特别是具有角形横截面的保持和/或对中元件23，并且有利地设置多个这样的保持和/或对中元件23，在该实施例中，如图1所示，这些保持和/或对中元件23从外部包围或夹持接地元件16，以便将接地元件16保持在期望的特别是中心的位置。保持/对中元件23优选地围绕接地元件16的圆周以距彼此相等的角度布置。保持/对中元件23的数量能够对应于通风开口22的数量，或者能够不同。保持/对中元件23的周向位置能够对应于通风开口22的周向位置，或者能够布置在它们之间。
70.在特别有利的实施例中，保持/对中元件23由支承体11的材料形成，该支承体被切割用于通风开口22，如图1至图5的情况。因此，例如从支承元件11或承载部分15的材料(例如钢板)中切出保持/对中元件23，并且所得的凸片围绕接地元件16的外侧折边。因此，保持/对中元件23和相应的通风开口22同时形成。有利地，能够通过将所折边的材料穿入接地边缘16来建立导电连接。因此，在本实施例中，所折边的保持/对中元件23也能够称为端环部件。
71.在未示出的实施例中，能够设置围绕接地环16的圆周连续延伸的保持/对中元件23。
72.至少一个保持/对中元件23优选地与支承体11一体地形成并且由支承体11形成。
73.在根据图6至图11的实施例中，接地元件16通过导电粘合剂24(仅在图6中示出)连接到支承体11，该导电粘合剂优选以平面方式施加在承载部分15与附接部分17之间。粘合剂24能够是例如导电弹性体混合物或导电粘合带。导电环氧树脂或硬塑性粘合剂24也是可以想到的，任何其他已知和合适的粘合剂也是可以想到的。在其他实施例中，也能够另附加地设置粘合剂24。
74.为了将接地元件16保持在期望的特别是中心位置，在该实施例中，在支承体11上设置至少一个对中元件25，有利地设置多个对中元件25。对中元件25优选地围绕接地元件16的圆周以距彼此相等的角度布置。对中元件25的数量能够对应于通风开口22的数量，或者能够不同。对中元件25优选地沿圆周方向布置，例如在通风开口22之间居中布置，这能够从图8中最佳地看出。对中元件25优选与支承体11一体地形成。
75.在其他实施例中(例如参见图21至图23)，代替多个对中元件，能够设置围绕接地
环16的圆周连续延伸的一个对中元件25，例如以对中边缘38的形式。
76.至少一个对中元件25能够与将接地元件16紧固到支承体11的其他方式结合，因此它也能够有利地独立于粘合剂14使用。
77.在图12至图17的实施例中，轴接地环10具有夹持环26，该夹持环被设计用于将接地元件16夹持到支承体上。夹持环26的横截面例如为u形形状，并且有利地具有圆柱形外部部分27、圆柱形内部部分28和将圆柱形外部部分27连接到圆柱形内部部分28的径向连接部分29。外部部分27的外径有利地对应于圆柱形凸缘14的内径，以便允许夹持环26夹持在支承体11中。在组装状态下，夹持环26，特别是圆柱形内部部分28，将接地元件16，特别是附接部分17压靠在支承体11上，特别是压靠在承载部分15上。接地元件16以这种方式被夹持到支承体11。使用粘合剂24的附加结合是可能的。
78.夹持环26有利地是导电的，例如由金属制成，以便有助于接地元件16与支承体11之间的导电连接。为了增加接地元件16与支承体11之间的导电率，夹持环26，特别是在圆柱形内部部分28上，能够优选地具有至少一个导电的穿透元件30。例如，穿透元件30能够由围绕夹持环26的圆周布置的多个齿组成。不排除穿透元件30围绕夹持环26的圆周连续形成。
79.夹持环26形成内部31，内部以气体传导的方式连接到至少一个通风开口22。为了使内部31与壳体内部20通风，并因此在壳体外部21与壳体内部20之间建立连续的流动连接，夹持环26优选地特别是在连接部分29中具有至少一个通风开口32。通风开口32的数量和/或周向布置能够对应于通风开口22的数量和/或周向布置，但是这不是绝对必要的。
80.同样，在第三实施例中，优选地，如图6至图11那样设置至少一个对中元件25(参见图17)，以便将接地元件16保持在期望的、特别是中心的位置，这能够在安装夹持环26之前特别有用。
81.根据图18至图20的实施例对应于根据图12至17的第三实施例，其中在此附加地设置了优选金属的接触元件33，该接触元件将夹持环26与壳体13导电连接。接触元件33能够有利地与夹持环26一体地形成。有利地，周向接触元件33能够具有用于在圆柱形孔12的区域中接触壳体13的圆柱形部分34和用于将剩余的夹持环26连接到圆柱形部分34的径向部分35。
82.根据图21至23的第五实施例对应于根据图12至17的第三实施例，在这种情况下，夹持环26附加地包括至少一个弹簧元件37，该弹簧元件抵消接地元件16的例如与老化相关的松弛，以便确保接地元件16与支承体11之间始终可靠的导电连接。优选设置多个弹簧元件37，这些弹簧元件特别规则地围绕夹持环26的圆周布置。图22中的视图b-b大致对应于图15。
83.在特别有利的实施例中，弹簧元件37由夹持环26的材料形成，夹持环26被切割用于通风开口32，如图21至23的情况。因此，弹簧元件37例如从夹持环26或连接部分29的材料(例如钢板)中切出，并且所得的凸片呈角度向内，即进入夹持环26的内部31。因此，弹簧元件37和相应的通风开口32同时形成。
84.在根据图25和图26的另一实施例中，夹持环26的横截面例如是角形的，具有面向附接部分15的径向腿39和对应于第三至第五实施例中的圆柱形外面部分27的轴向腿40。在具有夹持环26的这个或其他实施例中，优选由弹性体制成的密封元件36，例如o形环，能够设置在接地元件16特别是附接部分17与支承体11特别是承载部分15之间。
85.在根据图27至图29的第六实施例中，再次设置了夹持环26，该夹持环具有金属的突出穿透部件41，当接地环10处于组装状态时，该穿透部件穿透到接地元件16中，特别是附接部分17中。例如，端环部件41可以是从夹持环26的单槽或多槽区域向上弯曲的锐边部分或翼的形式。从图28中能够看出，有利地提供了分布在夹持环26的圆周上的多个穿透部件41。
86.在根据图27至图29的实施例中，夹持环26具有结合图18至图20描述的接触元件33。具有穿透部件41但没有接触元件33的实施例是可能的。
87.根据图30至图32，在第七实施例中也设置了金属突出穿透部件42。然而，在该实施例中，这些由金属支承体11，特别是承载部分15形成，并且因此从相对于第六实施例的另一侧穿透接地元件16，特别是附接部分17。
88.在根据图33至图35的第八实施例中，金属延伸件43特别是以凸片的形式设置在支承体11的内圆周或承载部分15上，当接地环10处于组装状态时，该金属延伸件为接地元件16，特别是在附接部分17与接触部分18之间的弯曲过渡部分44中，提供接触支撑。
89.在根据图36至图38的第九实施例中，多个金属铆钉45分布在接地环10的圆周上，这些铆钉穿过接地元件16中的相应孔47，特别是附接部分17中的相应孔，并穿过支承体11中的相应孔46，特别是承载部分15中的相应孔，从而在接地元件16与支承体11之间建立导电铆接连接。
90.在根据图39的实施例中，代替穿过支承体11的径向承载部分15的通孔22，至少一个轴向通风槽48设置在支承体11的外周中、特别是凸缘14的外周中。这能够比前面描述的实施例更容易生产。此外，在该实施例中，因为不透气的接地元件16能够用其外边缘支撑在支承体11上、特别是凸缘14上，因此不需要接地元件16的对中元件。
91.如结合图6所述，所有描述的实施例能够任选地具有粘合剂24。
92.通风开口22的形状可以是矩形(图3)或圆形(图8、图14、图31、图34、图37)或任何其他合适的形状。这同样适用于通风开口32的形状。
93.图40至图44示出了进一步的有利实施例，其中接地元件16在其主体49的表面上具有至少一个导电涂层50-57。主体49能够对应于如上文特别参考图1至图39所述的没有涂层50-57的接地元件16。主体49优选是导电的，但是也可以想象不导电的主体49。导电涂层50-57的材料和层厚有利地如前所述进行选择。
94.图40示出了导电涂层50施加在接地元件的整个表面和两侧上的实施例，该两侧即为面向外部21的一侧和面向内部20的一侧。
95.图41示出了在一侧上具有涂层的实施例，即仅在面向外部21的一侧上施加导电涂层51，或者仅在面向内部20的一侧上施加导电涂层52。
96.此外，在两侧上都具有涂层的实施例是可能的，即在面向外部21的一侧上施加导电涂层51，并且在面向内部20的一侧上施加导电涂层52，两个涂层51、52在材料、应用图案和/或层厚度方面不同。
97.在图42中，在另一实施例中示出了处于预组装状态的环形盘状接地元件16。在这种情况下，接地元件16的一侧或两侧具有部分导电涂层53，即接地元件的主体49具有未涂覆区域和涂覆区域53，其数量、形状和布置能够适当选择。同样，接地元件16的两侧可能有不同类型的涂层。也可以在一侧具有全表面导电涂层，在相对侧具有部分导电涂层。
98.图43以如图42所示的视图显示了另一实施例，在接地元件的同一侧上具有不同的部分导电涂层53、54。同样，接地元件16的两侧上可能有不同类型的涂层。也可以在一侧上具有全表面导电涂层，在相对侧具有部分导电涂层53、54。
99.图44示出了另一实施例。在这种情况下，接地元件16具有多层导电涂层55，该多层导电涂层具有多个叠加层56、57，多个叠加层中的一层、多层或全部层都是导电的。