Die Erfindung betrifft eine Isolationsanordnung zur elektrischen Entkopplung einer elektrischen Maschine (E-Maschine, EM) von einem Strangteil eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs und einen elektrischen Antrieb, mit der elektrischen Maschine, dem Strangteil und der Isolationsanordnung.

Aus der WO 2016/177394 A1 ist es bekannt, bei vollelektrischen Fahrzeugen oder Hybrid-Fahrzeugen die Wellen von elektrischer Maschine und Antriebsstrang aus Sicherheitsgründen durch eine isolierende Wellenkupplung elektrisch voneinander zu isolieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verbesserungen bei einer derartigen Iso lation vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Isolationsanordnung gemäß Anspruch 1 zur elektrischen Entkopplung einer elektrischen Maschine von einem Strangteil eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.

Die Isolationsanordnung enthält ein Antriebsteil zur kraftübertragenden Verbindung der Isolationsanordnung mit der elektrischen Maschine, und ein Abtriebsteil zur kraft übertragenden Verbindung der Isolationsanordnung mit dem Strangteil, und ein Iso lierteil, das das Antriebsteil mit dem Abtriebsteil kraftübertragend und elektrisch iso lierend verbindet. Antriebsteil, Isolierteil und Abtriebsteil folgen einander in dieser Reihenfolge entlang einer gemeinsamen (gedachten) Mittellängsachse nach und sind insbesondere auf bzw. entlang der Mittellängsachse angeordnet. Dabei muss das Isolierteil nicht zwingend auf der Mittelachse liegen, sondern könnte auch mehr teilig ausgeführt sein.

Die Isolationsanordnung enthält ein zweites elektrisch ableitendes Masseelement. Das Antriebsteil und das Abtriebsteil weisen eine Koppelkapazität zueinander auf, d.h. sie bilden miteinander einen Koppelkondensator. Das Abtriebsteil und das zwei te Masseelement weisen eine zweite Massekapazität zueinander auf, d.h. sie bilden zusammen einen zweiten Massekondensator. Optional enthält die Isolationsanord nung auch ein erstes Masseelement. Das Antriebsteil und das erste Masseelement weisen dann eine erste Massekapazität (erster Koppelkondensator) zueinander auf.

Die zweite Massekapazität bzw. deren Wert ist gleich oder größer als die Koppelka pazität bzw. deren Wert. "Kapazität" ist also vorliegend - wie im fachlichen Sprach gebrauch üblich - im Sinne eines Kondensators (Bauteils) bzw. dessen Kapazitäts wertes zu verstehen. Auch bei Gleichheit erhält man bereits ein Teilungsverhältnis von 1 :1 , d.h. eine Reduzierung um 50% (siehe die ausführlichen Erläuterungen un ten). Angaben wie "größer", "kleiner" usw. beziehen sich dabei stets auf die Werte der entsprechenden Kapazitäten.

Insbesondere sind erstes und zweites Masseelement einstückig miteinander ausge führt bzw. bilden ein gemeinsames Bauteil bzw. sind Teile des selben Bauteils. Ins besondere ist ein jeweiliges Masseelement eine Struktur, die das Antriebsteil bzw. Abtriebsteil bezüglich der Mittellängsachse radial auswärtig umgibt. Insbesondere ist das Masseelement eine mantel- bzw. hülsen- bzw. röhrenförmige Struktur. Jedenfalls bildet der Zusammenbau ein Bauteil. Rein technisch wird dieses typischerweise aber aus mehreren Elementen gebildet (so z.B. jedes Getriebegehäuse).

Die "kraftübertragende" Kopplung ist insbesondere eine drehmomentübertragende Kopplung. Die "elektrische Maschine" im Sinne der Erfindung ist bzw. enthält z.B. einen Elektromotor und ist selbst Teil des Antriebsstrangs und kann hierbei auch ei nen ersten Teil des sich anschließenden eigentlichen Antriebsstrangs (z.B. eine Wel le) enthalten, der dann bis zum Antriebsteil der Isolationsanordnung führt.

Die Erfindung beruht auf der Beobachtung bzw. Erkenntnis, dass die Betriebsspan nungen von Akkumulatoren in (teil-)elektrischen Fahrzeugen und damit auch die der elektrischen Maschinen in diesen Fahrzeugen stetig ansteigen. Der wesentliche Grund hierfür liegt in der Verkürzung von Ladezeiten. Derzeitige Anwendungen lie gen bei maximal 400V, aber zukünftig sind 800V oder mehr zu erwarten. Mit dem Anstieg der Spannung treten vermehrt Probleme durch Bauteilschädigung im An triebsstrang, z.B. in Lagern oder an den Zahnflanken von Getrieben auf. Diese Schäden entstehen bei elektrischer Entladung durch Funkenüberschlag.

Durch kapazitive oder induktive Kopplung der E-Maschine mit ihren benachbarten Bauteilen und durch den Potentialunterschied entstehen elektrische Felder (Aufla dung von Kapazitäten), die bei zeitlicher Veränderung Verschiebungsströme mit pha senverschobener Verschiebungsspannung verursachen. Bei sehr hohen Frequenzen werden alle Flächen, die sich gegenüber stehen als Kapazitäten angesehen. Wenn die Abstände der Bauteile mit Potentialunterschied einen, abhängig von der Span nung, kritischen Abstand unterschreiten, kommt es zur elektrischen Entladung in Form eines Funkenüberschlags (Kurzschluss). Bauteile wie Lager oder kämmende Zahnflanken sind nur durch eine geringe Schmierfilmdicke voneinander getrennt, weshalb hier eine Entladung schon bei relativ geringen Spannungen entstehen kann und aufgrund der hohen Frequenz und damit einhergehenden hohen Anzahl der schädigenden Ereignisse zum vorzeitigen Bauteilausfall führt.

Die Erfindung beruht daher auf der Überlegung bzw. Erkenntnis, dass eine elektri schen Isolation / Entkopplung von Hochvolt-E-Maschinen (z.B. > 400V) vom Restan triebsstrang vorgenommen wird, um Bauteilschädigung durch Entladungen (Funken überschlag) aufgrund von Verschiebungsströmen zu vermeiden.

Gemäß Überlegungen zu einem elektrischen Ersatzschaltbild bzw. Ersatzgrößen des Antriebsstrangs soll eine elektrische Entkopplung einer elektrischen Maschine (E- Maschine) von nachfolgenden Antriebsstrang-Baugruppen - also einem Strangteil (z.B. Getriebe) des gesamten Antriebsstrangs - erfolgen. Die E-Maschine ist dabei als Störquelle zu verstehen, die eine Ersatzkapazität bzw. Ausgangskapazität besitzt. Der Strangteil, z.B. ein Getriebe, ist ebenfalls durch eine Ersatzkapazität und einen Ersatzwiderstand modellierbar. Zwischen Maschine und Strangteil bzw. Getriebe ist dann die Isolationsanordnung verbaut. Die Isolationsanordnung weist dabei die Kop pelkapazität, und einen sehr hohen ohmschen Widerstand auf, der jedoch für die Be trachtung vernachlässigt werden kann. Die Koppelkapazität entsteht zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil, die die "Elektroden" der Koppelkapazität bilden. Das "Dielektrikum" der Koppelkapazität ist durch das Isolierteil und die umgebende Luft gebildet.

Ziel ist es zum einen, die Koppelkapazität so klein wie möglich auszuführen. Zum anderen soll durch Verwendung der zweiten Massekapazität (die somit einen Ableit kondensator bildet) auf der Getriebeseite (also der Seite des Abtriebsteils) der Ener gieübertrag zum Abtriebsteil und damit ins Getriebe minimiert werden. Die zweite Massekapazität kann möglichst groß ausgeführt sein (Prinzip kapazitiver Spannungs teiler).

Gemäß der Erfindung wird die durch eine elektrische Maschine verursachte Wech selspannung auf einer Welle bzw. dem Antriebsstrang (kapazitiv und induktiv) daran gehindert, eine zu hohe Feldstärke an sich schließenden und öffnenden Kontakten, z.B. kämmenden Zahnrädern oder Kugeln / Rollen in Lagern, zu erzeugen. So kann kein Überschlagsfunke entstehen, der zu Materialverschleiß / -Zerstörung führt. Au ßerdem wird ein Energieübertrag nach einem Überschlag auf ein Mindestmaß redu ziert.

Die Erfindung beruht dabei auf dem Prinzip der kapazitiven Spannungsteilung sowie einem möglichst großen Verhältnis von zweiter Massekapazität zu Koppelkapazität.

Gemäß der Erfindung sollen insbesondere die Koppelkapazität möglichst klein und die zweite (optional auch die erste) Massekapazität möglichst groß sein.

Gemäß der Erfindung ergibt sich eine elektrische Entkopplung von Antriebsteil und Abtriebsteil bezüglich elektrischer Gleich- und Wechselgrößen.

Wie oben angedeutet, ist insbesondere auch die erste Massekapazität vorhanden. Insbesondere wird also ein weiterer Ableitkondensator auf der, der Maschine zuge wandten Seite der Isolationsanordnung (Antriebsseite) verbaut. Hierdurch kann eine weitere Spannungsteilung (kapazitiv) erreicht werden. Diese entsteht im Betriebsfall im Zusammenwirken mit der Maschine bzw. deren Ausgangskapazität. Insbesondere ist die erste Massekapazität so dimensioniert, dass diese im Verhältnis zur Ersatz- bzw. Ausgangskapazität der Maschine größer, insbesondere Vielfach größer ausge führt ist. Aber auch bei kleinerer erster Massekapazität wird eine Verbesserung er reicht. Insgesamt ergibt sich damit eine weitere Verbesserung durch eine weitere kapazitive Spannungsteilung von erstem Massekondensator zur Ausgangskapazität der Maschine. Je größer die genannten Verhältnisse (erste Massekap./Ausgangskap. und zweite Massekap./Koppelkap.) sind, desto größer ist das Gesamtteilungsverhält nis und damit auch das Verhältnis der Störspannung der Maschine zur erzeugten (ungewünschten) Spannung am zu schützenden Bauteil bzw. Verbraucher, z.B. den o.g. Lagern, Zahnflanken, Kugeln etc. Die hier zulässigen Feldstärken (z.B. in V/mm) bestimmen das mindestens nötige Teilungsverhältnis. Die Koppelkapazität sollte da bei so klein wie möglich gewählt werden, damit auch bei einem gegebenen bzw. festgelegten Teilungsverhältnis die zweite Massekapazität nicht größer als unbedingt nötig dimensioniert bzw. gefertigt werden muss. Damit ist die gespeicherte Energie (in der zweiten Massekapazität) bei einer Entladung im Verbraucher gering ist und somit bleiben auch Abbrandeffekte, z.B. in Kugellagern oder kämmenden Zahnrä dern gering.

Gemäß der Erfindung erfolgt also eine einfache (zweite Massekap./Trennkap.) oder zweifache (zusätzlich erste Massekap./Ausgangskap.) Abschwächung der Störgröße, insbesondere im Hinblick auf deren Übertragung zum Verbraucher. Es erfolgt eine definierte und berechenbare Dämpfung der Störgröße, die in erster Näherung relativ unabhängig von der Anordnung stromabwärts im Antriebsstrang, also "hinter" der Isolationsanordnung ist. Gleichgroßen sind durch das Isolierteil effektiv entkoppelt.

Die Erfindung wirkt auf Wechselgrößen, die über das Isolierteil überkoppeln könnten.

Insbesondere ist die Erdung (Anschluss nach Masse über die Masseelemente) der Ableitkondensatoren (Massekapazitäten) hierbei möglichst massiv auszuführen, um Störsignale, vergleichbar einer Antenne (EMV - Elektromagnetische Verträglichkeit), aufgrund der hohen Frequenzen zu vermeiden. Insbesondere werden einer oder bei de Ableitkondensatoren aus einem oder mehreren Teilen des Getriebegehäuses o- der Maschinen-Gehäuses als zweites bzw. erstes Masseelement geformt. Insbeson dere wird ein gemeinsamer - insbesondere Röhrenableitkondensator - (beide Masse kondensatoren) aus bzw. mit Hilfe eines einzigen bzw. gemeinsamen Bauteils (erstes und zweites Masseelement) gebildet. Zur Erreichung einer möglichst hohen Kapazi tät (der Massekondensatoren) sind die Abstände zwischen erstem bzw. zweitem Masseelement und Antriebs- bzw. Abtriebsteil möglichst klein zu wählen und die sich gegenüberstehenden Flächen möglichst groß.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Massekapazität mindestens doppelt (Faktor 2) so groß wie die Koppelkapazität. Insbesondere beträgt der Faktor also mindestens 2, mindestens 3, mindestens 5, mindestens 7, mindestens 10. Die Faktoren können jeweils auch mindestens das entsprechend 10 ⁿ -fache (mit n zwi schen 0 und 9), also z.B. mindestens 20,30, ... 100, 200 usw. betragen. Entspre chendes gilt auch optional für das Verhältnis der ersten Massekapazität und der Ausgangs- bzw. Ersatzkapazität der Maschine.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Antriebsteil und das Abtriebsteil konstruktiv so aufeinander abgestimmt, dass die elektrische Koppelkapa zität zwischen beiden Teilen, also Antriebsteil und das Abtriebsteil, bei einer vorge gebenen Dimensionierung der Isolationsanordnung hinsichtlich der maximal zwi schen Antriebsteil und Abtriebsteil zu übertragenden Kraft konstruktiv minimiert ist. Hierdurch wird der oben genannte kapazitive Spannungsteiler im Verhältnis vergrö ßert und damit wirkungsvoller.

Der Ausdruck "konstruktiv" ist dabei wie folgt zu verstehen: die Minimierung bezieht sich auf eine gegebene Grundgeometrie bzw. grundlegende Konstruktion der Isolati onsanordnung. Diese unterliegt dann einer Dimensionierung hinsichtlich maximal zu übertragender Kräfte und/oder Drehmomente zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil, also über das Isolierteil. Eine derartige Dimensionierung gibt dann z.B. Minimal- oder Maximalwerte von z.B. Materialstärken, Abständen, Durchmessern, etc... der einzel nen Bauteile der Isolationsanordnung vor. Konkret sind dies zum Beispiel minimal erforderliche Abstände bezüglich notwendiger Schmierfilme / Toleranzen / Lagerspie le, maximale Abstände bezüglich geforderter Stabilitäten, Schwingungen, Material festigkeiten, Größenvorgaben von Bauteilen usw. Die beanspruchte konstruktive Abstimmung nutzt dann die entsprechenden Design freiheitsgrade bei der konkreten geometrischen Ausgestaltungen oder bei der Di mensionierung von Abständen, Durchmessern, Formen, etc.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist die Koppelkapazität dadurch minimiert, dass für sich in einem Abstand gegenüberstehende Teilflächen von Antriebsteil und Abtriebsteil der Quotient aus der Flächen (Wert, Größe) der je weiligen Teilflächen, geteilt durch deren Abstand, minimiert ist. "Gegenüber" ist dabei insbesondere in Richtung der Mittellängsachse oder in Richtung einer kürzesten Ver bindungslinie der geometrischen Flächenmittelpunkte zu verstehen. Die "Teilflächen" sind dabei wie folgt zu verstehen: diese beziehen sich auf Oberflächenanteile (im Sinne einer mathematischen Aufsummierung bzw. Integration) von Antriebsteil und Abtriebsteil, die bei entsprechend konstruktiver Veränderung einen nennenswerten Einfluss auf den Wert der Koppelkapazität haben. Im Wesentlichen sind dies also die - bezogen auf den Rest der Oberfläche - "vergleichsweise nahe beieinander" liegen den Oberflächenanteile. Mit anderen Worten wird somit vorgeschlagen, im Rahmen der Designfreiheit der Isolationsanordnung ein solches Design zu wählen, welches mit einer möglichst geringen Koppelkapazität einhergeht.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist die Koppelkapazität dadurch minimiert, dass das Antriebsteil und das Abtriebsteil in Richtung der Mittel längsachse beabstandet und überlappungsfrei zueinander ausgeführt sind. Insbe sondere durch die Vermeidung von Überlappungen wird die Ausbildung größerer Kapazitätsanteile für die Koppelkapazität vermieden, da eine Überlappung oft mit dem nahen Gegenüberliegen großflächiger Flächenanteile einhergeht.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist die Koppelkapazität dadurch minimiert, dass ein Abschnitt des Antriebsteils und/oder des Abtriebsteils in Richtung auf das andere Teil (für das Antriebsteil das Abtriebsteil und umgekehrt) zu entlang der Mittellängsachse - insbesondere konisch - verjüngend ausgebildet ist.

Die Richtung ist insbesondere die Richtung der Mittellängsachse. Insbesondere nimmt also bezüglich der entsprechenden Richtung eine Querschnittsfläche des Ab schnitts mit abnehmendem Abstand zum anderen Teil hin ab. Somit wird erreicht, dass nur verhältnismäßig wenige Flächenanteile der jeweiligen Abschnitte von An triebsteil und Abtriebsteil nahe gegenüber liegen und so wegen ihres vergleichsweise kleinen Abstandes nennenswert zur Koppelkapazität beitragen. Die restlichen Flä chenanteile des Abschnitts weisen bereits größere Abstände auf. Dennoch kann die entsprechende volle Dimension, z.B. Länge, des Abschnitts für die kraftübertragende Kopplung mit dem Isolierteil genutzt werden.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist die Koppelkapazität dadurch minimiert, dass das Antriebsteil und das Abtriebsteil jeweils topfartig das radial innen liegende Isolierteil umschließen, wobei die Topföffnungen einander zu gewandt sind. So kann eine besonders effektive Kraftkopplung mit dem Isolierteil er folgen, wobei auch hier nur kleine Flächenanteile von Antriebsteil und Abtriebsteil, nämlich nur die nahe beieinander gegenüber liegenden Ränder bzw. Enden der Topfwände wegen ihres vergleichsweise kleinen Abstandes nennenswert zur Kop pelkapazität beitragen. Insbesondere kann so der Isolierkörper an seinen beiden Längsenden in Richtung der Mittellängsachse jeweils topfartig von Antriebsteil und Abtriebsteil effektiv kraftübertragend umschlossen werden.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform weist das Antriebsteil und/oder das Abtriebsteil eine sich vom Topfboden zum jeweils anderen Teil hin er streckende zentrale Erhebung auf. Die Erhebung bietet in ihrem Inneren wiederum Raum für die Aufnahme einer Antriebs- oder Abtriebswelle mit einem entsprechen den Formschlusselement (z.B. Innenverzahnung). So kann die Welle mit einem Au ßen-Formschluss, zum Beispiel einer Außenverzahnung, versehen werden. Insbe sondere umschließt die Erhebung also ein Formschlusselement, an dem die Maschi ne oder das Strangteil zur Kraftübertragung angreifen kann, z.B. eine Innenverzah nung, eine Vierkant-Ausnehmung oder ähnliches.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Massekapazität und/oder die zweite Massekapazität dadurch maximiert, dass für sich in einem Abstand gegen überstehende Teilflächen von Antriebsteil und erstem Masseelement und/oder von Abtriebsteil und zweitem Masseelement der Quotient aus der Fläche der jeweiligen Teilflächen, geteilt durch deren Abstand maximiert ist. Die oben zur Koppelkapazität getroffenen Erläuterungen gelten hier sinngemäß, so dass diese hier nicht wiederholt werden. Insbesondere kann so die zweite Massekapazität erhöht werden, wodurch ebenfalls der oben angesprochene kapazitive Spannungsteiler noch wirkungsvoller wird. Insbesondere werden beide Varianten (Verkleinerung der Koppelkapazität, Vergrößerung der zweiten Massekapazität) kombiniert. Gleiches gilt auch entspre chend für den kapazitiven Spannungsteiler zwischen Motor-Ausgangskapazität und erster Massekapazität.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Massekapazität und die zweite Massekapazität als gemeinsamer Röhrenableitkondensator ausgeführt. Dies wurde sinngemäß oben bereits erläutert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Massekapazität (C4) als Plat tenkondensator ausgeführt. Dies führt zu einer besonders einfachen und wirkungs vollen zweiten Massekapazität.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Isolationsanordnung eine Kupplungs anordnung, bei der das Isolierteil eine Kupplungsscheibe ist, die mit dem Antriebsteil (oder alternativ mit dem Antriebsteil) drehfest verbunden ist. Im Folgenden wird je doch beispielhaft nur der erst genannte Fall erläutert, der andere Fall ergibt sich sinngemäß entsprechend. Am Abtriebsteil greift die Kupplungsscheibe entsprechend reibend wie üblich an oder nicht. In Verbindung mit der Erfindung gilt somit auch für eine Kupplungsanordnung, dass die Koppelkapazität gering ausgebildet ist, was zu einer effektiven Entkopplung von Antriebsteil und Abtriebsteil führt. Die oben genann ten Ausführungen gelten für Kupplungsanordnungen entsprechend und werden hier nicht nochmals wiederholt. Die Kupplungsscheibe besteht hierbei insbesondere aus einem Material mit möglichst hohem ohmschen Widerstand oder enthält dieses.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist die Koppelkapazität dadurch minimiert, dass das Antriebsteil gegenüber - falls vorhanden - eventuellen restlichen metallischen Bauteilen des Abtriebs (insbesondere hauptsächlich aber dem Abtriebsteil 12) bezüglich des zur Koppelkapazität beitragenden Materials eine möglichst geringe Querschnittsfläche und einen möglichst großen Abstand aufweist. Insbesondere kann hier eine Reduzierung der Querschnittsfläche durch Einfügen der oben genannten Hohlbohrung erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Außendurchmesser des Antriebsteils in diesem Bereich so klein wie möglich gehal ten werden. Der entsprechende Bereich ist insbesondere derjenige, der zur Trennka pazität maßgeblich beiträgt, wenn dieser der nächstliegende Bereich des Antrieb selements zum Abtriebselement ist.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist die Kupplungsscheibe mit dem Antriebsteil über einen, insbesondere verzahnten, Formschluss in Umfangsrich tung um die Mittellängsachse drehfest verbunden. Der Formschluss wird durch Formschlusselemente des Antriebsteils und der Kupplungsscheibe bewirkt. Die Kop pelkapazität ist dann dadurch minimiert, dass der Teilkreisdurchmesser der Form schlusselemente des Antriebsteils möglichst gering ist. Mit anderen Worten wird der effektive Durchmesser der nennenswert zur Koppelkapazität beitragenden Oberflä che des Antriebsteils minimiert und so die Koppelkapazität verkleinert. Insbesondere wird also die Kupplungsscheibe möglichst weit radial einwärts geführt, um den (effek tiven) Außendurchmesser des Antriebsteils gering halten zu können.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Antriebsteil und/oder das Abtriebs teil eine zur Mittellängsachse konzentrische zentrale Welle auf, wobei die Koppelka pazität dadurch minimiert ist, dass die Welle vom jeweils gegenüberliegenden Teil (für das Antriebsteil das Abtriebsteil und umgekehrt) aus zumindest auf einem

Längsabschnitt hohlgebohrt ist. Die Bohrung stellt also entweder eine zum jeweils anderen Teil hin offenes Sackloch oder eine Durchgangsbohrung dar. Im Ergebnis wird so ein zentraler Teil der zur Koppelkapazität beitragenden Oberfläche des jewei ligen Teils eliminiert, wodurch die Koppelkapazität verkleinert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Isolationsanordnung einen ersten ohmschen Widerstandspfad, der vom Antriebselement zum ersten Masseelement führt und/oder einen zweiten ohmschen Widerstandspfad, der vom Abtriebselement zum zweiten Masseelement führt. Der Widerstandswert wird hierbei möglichst klein gehalten, um die Ableitung von unerwünschten Signalen nach Masse (zu den Mas seelementen) so effektiv wie möglich zu gestalten. Die elektrische Kopplung mit dem Antriebselement oder Abtriebselement erfolgt insbesondere über Schleifer (mechani scher Schleifkontakt) oder viskose Mittel wie Fette, Quecksilber usw. Die zusätzli chen (zu den Massekapazitäten) - insbesondere niederohmigen - Widerstände (Wi derstandspfade) führen zu einer weiteren Verstärkung der Wirkung. So ergibt sich also eine weitere Verbesserung der Wirkung der Spannungsunterdrückung durch niederohmige Parallelwiderstände bzw. Widerstandspfade. Somit dürfen diese - ide alerweise möglichst niederohmigen - Parallelwiderstände vorhanden sein. Diese ver stärken die Wirkung der Dämpfung der Störgröße und erhöhen die Unabhängigkeit vom restlichen Antriebsstrang, der der Isolationsanordnung nachfolgt.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch einen elektrischen Antrieb gemäß Patentanspruch 17. Der Antrieb enthält die oben bereits erläuterten Gegenstände, nämlich die elektrische Maschine und das Strangteil des Antriebsstrangs des Fahr zeugs, und die erfindungsgemäße Isolationsanordnung. Die Ausgangskapazität (Er satzkapazität) der elektrischen Maschine ist größer als die Koppelkapazität und/oder die erste Massekapazität ist größer als die Ausgangskapazität. Im letzteren Fall ent hält die Isolationsanordnung auch das erste Masseelement und damit die erste Mas sekapazität. Der Antrieb und zumindest ein Teil dessen Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfin dungsgemäßen Isolationsanordnung erläutert.

Insbesondere gelten die oben genannten Faktoren für die entsprechenden Größen verhältnisse der Werte der Kapazitäten.

Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung so wie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:

Fig. 1 einen vereinfachten Schaltplan einer Isolationsanordnung,

Fig. 2 eine Isolationsanordnung ohne Massekapazität mit Außenverzahnung,

Fig. 3 eine Isolationsanordnung ohne Massekapazität mit Innenverzahnung,

Fig. 4 eine Isolationsanordnung mit Massekapazität mit Außenverzahnung, Fig. 5 eine Isolationsanordnung mit Massekapazität mit Innenverzahnung,

Fig. 6 eine Isolationsanordnung mit Massekapazität,

Fig. 7 eine Isolationsanordnung mit Hohlwelle.

Fig.1 zeigt ein stark vereinfachtes elektrisches Ersatzschaltbild bzw. einen Schaltplan eines Teils eines Antriebsstrangs 2 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs. Der Antriebsstrang 2 enthält eine elektrische Maschine 4 oder E-Maschine, eine dieser nachgeschaltete Isolationsanordnung 6 in Form einer Isolierkupplung und einen Strangteil 8. Dieser stellt Antriebsstrang-Baugruppen dar, hier ein Getriebe, die der Isolationsanordnung nachfolgen. Die Figur veranschaulicht eine elektrische Entkopp lung der elektrischen Maschine 4 vom Strangteil 8 für Gleich- und Wechselgrößen.

Die Maschine 4 ist als Störquelle V1 (Wechselgröße) dargestellt. C1 stellt die Ersatz kapazität der Maschine 4 bzw. deren Ausgangskapazität dar. Der Strangteil 8 ist durch die Parallelschaltung einer Ersatzkapazität C5 und eines Ersatzwiderstandes R1 dargestellt. Zwischen Maschine 4 und Strangteil 8 ist die Isolationsanordnung 6 verbaut, die selbst auch eine Koppelkapazität C3 und einen nicht dargestellten, ver gleichsweise sehr hohen und damit vorliegend irrelevanten ohmschen Widerstand besitzt.

Die Koppelkapazität C3 entsteht zwischen einem Antriebsteil 10 (in der Figur die Zu leitung und linke Elektrode der Koppelkapazität C3) und einem Abtriebsteil 12 (in der Figur die Zuleitung und rechte Elektrode der Koppel kapazität C3) der Isolationsan ordnung 6. Das Dielektrikum der Koppelkapazität C3 ist durch ein Isolierteil 14 und die umgebende Luft der Isolationsanordnung 6 gebildet.

Die Isolationsanordnung 6 enthält außerdem ein erstes Masseelement 16 und ein zweites Masseelement 18. Zwischen dem Antriebsteil 10 und der ersten Masseele ment 16 (im Schaltbild als Masseleitung symbolisiert) ist eine erste Massekapazität C2 ausgebildet. Durch eine elektrisch leitende Verbindung des ersten Masseele ments 16 und des Antriebsteils 10 ist parallel dazu ein ohmscher Widerstandspfad R2 nach Masse ausgebildet. Entsprechend ist zwischen dem Abtriebsteil 12 und ei- nem zweiten Masseelement 18 (auch als Masseleitung symbolisiert) eine zweite Massekapazität C4 mit parallelem ohmschem Widerstandspfad R3 ausgebildet.

Die Koppelkapazität C3 ist durch die Konstruktion der Isolationsanordnung 6 so klein wie konstruktiv möglich ausgeführt. Die zweite Massekapazität C4 in Form des Ab leitkondensators auf der Getriebeseite ist dementsprechend möglichst groß ausge führt, um den Energieübertrag ins Getriebe zu minimieren (Prinzip kapazitiver Span nungsteiler). Die erste Massekapazität C2 in Form eines weiteren Ableitkondensators auf der Maschinen-Seite führt zu einer weiteren Spannungsteilung. Idealerweise ist die erste Massekapazität C2 im Verhältnis zur Kapazität C1 groß ausgeführt, aber auch bei kleinerem C2 wird eine Verbesserung erreicht. Die zusätzlichen niederoh migen Widerstandspfade R2 und R3 führen zu einer weiteren Verstärkung der Wir kung.

Fig.2 zeigt eine Ausführungsform der Isolationsanordnung 6 in Form einer Isolier kupplung. Maschine 4 und Strangteil 8 sind hier nur angedeutet. Hierbei dient das Isolierteil 14, hier ein Keramikelement, zur elektrischen Isolation zwischen Antriebs teil 10 und Abtriebsteil 12 und zur Kraftübertragung, d.h. überträgt hier das Drehmo ment von Antriebsteil 10 auf Abtriebsteil 12 kraftschlüssig über einen Pressverband. Das Antriebsteil 10 dient zur kraftübertragenden, hier drehmomentübertragenden Verbindung von der Maschine 4 zur Isolationsanordnung 6. Das Abtriebsteil 12 dient entsprechend zur Kraft-bzw. Drehmomentübertragung von der Isolationsanordnung 6 zum Strangteil 8. Die Kraftübertragung / Anbindung des Antriebs bzw. des Abtriebs erfolgt mittels eines Formschlusselements 20, hier einer Außensteckverzahnung.

Die Isolationsanordnung 6 enthält außerdem ein zweites Masseelement 18, das elektrisch mit einem Massepotential M verbunden ist.

Ein jeweiliger Auslauf bzw. eine konische Verjüngung ist an einem jeweiligen Ab schnitt 22 bzw. Nabenteil des Antriebsteils 10 und des Abtriebsteils 12 vorgesehen. Der Abschnitt 22 ist also jeweils auf das andere Teil (Antriebsteil 10 / Abtriebsteil 12) zu verjüngend ausgebildet. Der Auslauf dient hierbei zum einen der Vermeidung von Spannungsspitzen, als auch zur Minimierung der sich gegenüberstehenden Flächen, um eine möglichst kleine Koppelkapazität C3 darzustellen.

Antriebsteil 10 und Abtriebsteil 12 sind außerdem jeweils topfartig ausgebildet und umschließen somit das radial innen liegende Isolierteil 14. Die jeweiligen Topföffnun gen 26 sind einander zugewandt. Das Isolierteil 14 liegt also in beiden Topföffnungen 26 ein.

Durch einen hier nur angedeuteten Kontakt 28 in Form eines Schleifkontaktes ist ei ne elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten Masseelement 18 und dem Abtriebsteil 12 hergestellt. So entsteht der niederohmige Widerstandspfad R3, des sen Widerstand sich nur durch die (nahe Null liegenden) Widerstände der im Pfad verwendeten Materialien (elektrische Leiter: z.B. Stahl, Kupfer, Aluminium) bestimmt.

Antriebsteil 10, Isolierteil 14 und Abtriebsteil 12 sind einander nachfolgend auf einer Mittellängsachse 24 und konzentrisch zu dieser angeordnet. Antriebsteil 10 und Ab triebsteil 12 sind in Richtung der Mittellängsachse 24 beabstandet und überlappungs frei zueinander ausgeführt.

Zwischen dem Abtriebsteil 12 und dem zweiten Masseelement 18 ist die zweite Mas sekapazität C4 ausgebildet. Der Wert der zweiten Massekapazität C4 ist gleich oder größer als derjenige der Koppelkapazität C3.

Fig.3 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Figur 2. Allerdings weisen hier Antriebsteil 10 und Abtriebsteil 12 je eine zur Mittellängsachse 24 zentrale bzw. konzentrische Er hebung 30 auf. Die Erhebung 30 erstreckt sich vom jeweiligen Topfboden 32 in Rich tung der Mittellängsachse 24 zum jeweils anderen Element (Antriebsteil 10, Abtriebs teil 12) hin. Im Gegensatz zu Figur 2 ist das Formschlusselement 20 hier nicht außen auf einem wellenartigen Fortsatz, sondern im Inneren der Erhebung 30 ausgeführt. Das Formschlusselement 20 ist hier eine Innensteckverzahnung.

In den Ausführungsformen gemäß Fig.2 und Fig. 3 ist optional noch ein erstes Mas seelement 16 vorgesehen. Dieses ist entsprechend dem zweiten Masseelement 18, jedoch in Verbindung mit dem Antriebsteil 10 ausgeführt und dient zur Implementie rung der ersten Massekapazität C2 und des Widerstandspfades R2.

Fig.4 zeigt die Isolationsanordnung 6 bzw. Isolierkupplung aus Fig. 2 mit einem Ab leitkondensator 34, hier einem Röhrenableitkondensator. Dessen erste Elektrode 36 ist gebildet aus dem ersten und zweiten Masseelement 16,18, welche hier einstückig miteinander ausgeführt sind. Die Elektrode 36 weist hier die Form eines geraden Kreiszylindermantels auf. Die zweite Elektrode wird jeweils durch das Antriebsteil 10 und das Abtriebsteil 12 gebildet. Der Ableitkondensator 34 vereint somit die beiden Massekapazitäten C2 und C4.

Die Erdung des Ableitkondensators 34 bzw. der Elektrode 36 ist hierbei massiv aus geführt um Störsignale, vergleichbar einer Antenne (EMV - Elektromagnetische Ver träglichkeit), aufgrund der hohen Frequenzen zu vermeiden. Der Ableitkondensator 34 bzw. die Elektrode 36 ist alternativ aus einem oder mehreren Teilen des Getrie begehäuses und/oder des Maschinen-Gehäuses geformt. Der Röhrenableitkonden sator 34 bildet hier aus einem Bauteil heraus beide Kondensatoren in Form der Mas sekapazitäten C2 und C4. Zur Erreichung einer möglichst hohen Kapazität (Werte von C2, C4) sind die Abstände zwischen Röhren-Ableitkondensator 34 und Antriebs- bzw. Abtriebsteil 10,12 möglichst klein gewählt und die sich gegenüberstehenden Flächen groß gewählt.

Der Kontakt 28 ist hier zwischen der Elektrode 36 und dem Antriebsteil 10 und dem Abtriebsteil 12 durch nicht dargestelltes elektrisch leitendes Fett hergestellt.

Fig.5 zeigt die Isolierkupplung aus Fig. 3 mit dem entsprechenden Röhren- Ableitkondensator 34 aus Fig. 4.

Fig.6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Isolationsanordnung 6 in Form einer Isolierkupplung, hier in scheibenförmiger Bauweise. Das Isolierteil 14 ist hier in Form einer Kupplungsscheibe 40 ausgeführt. Diese ist über einen Formschluss mit Hilfe von Formschlusselementen 42 mit dem Antriebsteil 10 verbunden. Die Kupplungs- scheibe 40 besteht hierbei aus einem Material mit möglichst hohem ohmschen Wi derstand.

Der Formschluss bzw. die Formschlusselemente 42 sind auch im Detail (Draufsicht 6-I in Blickrichtung des Pfeils Vl-I) nochmals dargestellt.

Die Kupplungsscheibe 40 ist zwischen einer Gegenreibfläche 44 und einer Anpress platte 46 durch Federvorspannung eingespannt. Die Federvorspannung wird hier durch eine Tellerfeder 48 als Federelement erzeugt, die sich an einer Abdeckplatte 50 abstützt. Es sind aber alternativ auch andere Federelemente denkbar. Die An pressplatte 46 ist gegen Verdrehung zur Abdeckplatte 50 oder Gegenreibfläche 44 zu sichern. Die Gegenreibfläche 44 ist mit dem Abtriebsteil 12 verbunden, oder wird direkt aus ihm gebildet. Der Reibwert der Reibpaarung Kupplungsscheibe 40 / Ge genreibfläche 44 bzw. Anpressplatte 46 ist entsprechend dem zu übertragenden Moment zu wählen bzw. über die Federvorspannung die entsprechende Vorspann kraft einzustellen.

Um eine möglichst kleine Koppelkapazität C3 zu erhalten, ist bei dieser Ausführung auf eine möglichst kleine Fläche der gegenüberstehenden Bauteile: Antriebsteil 10 und Abtriebsteil 12 zu achten. Dies wird hier durch eine hohlgebohrte Welle (Hohl welle), d.h. Durchgangsbohrungen 52 und 54 konzentrisch zur Mittellängsachse 24 erreicht. Dies ist in Fig. 7 (einschließlich Detail 7-I entsprechend Fig. 6) dargestellt. Alternativ oder zusätzlich wird ein möglichst kleiner Teilkreis-Durchmesser des hier dargestellten Formschlusses bzw. der Formschlusselemente 42 gewählt.

Es sind auch andere Verbindungsarten, wie z.B. Nieten, Kleben, ... zwischen Kupp lungsscheibe 40 und Antriebsteil 10 denkbar. Zudem sollte der Abstand zwischen Antriebsteil 10 und Abtriebsteil 12 möglichst groß gewählt werden.

Die zweite Massekapazität C4 in Form des Ableitkondensators ist hier aus einem Teil als Plattenableitkondensator 56 (zwischen einer Elektrode 58 und dem Abtriebsteil 12) und als Röhrenableitkondensator 34 ausgeführt. Bezuqszeichen Antriebsstrang

Maschine

Isolationsanordnung

Strangteil

10 Antriebsteil

12 Abtriebsteil

14 Isolierteil

16 erstes Masseelement

18 zweites Masseelement

20 Formschlusselement

22 Abschnitt

24 Mittellängsachse

26 Topföffnung

28 Kontakt

30 Erhebung

32 Topfboden

34 Röhrenableitkondensator

36 Elektrode

40 Kupplungsscheibe

42 Formschlusselement

44 Gegenreibfläche

46 Anpressplatte

48 Tellerfeder

50 Abdeckplatte

52,54 Durchgangsbohrung

56 Plattenableitkondensator

58 Elektrode

M Massepotenzial

V1 Störquelle

C1 Ausgangskapazität (Maschine) C5 Kapazität (Strangteil)

R1 Widerstand (Strangteil)

C3 Koppelkapazität

C2 erste Massekapazität

C4 zweite Massekapazität

R2 Widerstandspfad (Antriebsteil)

R3 Widerstandspfad (Abtriebsteil)