Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erdung einer Welle, insbesondere einer Rotorwelle einer Elektromaschine, umfassend eine Erdungsnabe, über welche die zu erdende Welle elektrisch leitend mit einer Masse, bevorzugt einem Gehäuse, verbunden ist, wobei zwischen der Erdungsnabe und der zu erdenden Welle ein Lager vorgesehen ist, über welches die zu erdende Welle drehbar gegenüber der Erdungsnabe gelagert ist, und wobei die Erdungsnabe mit der Masse über ein zwischenliegendes Leitelement elektrisch leitend in Verbindung steht. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Getriebe, eine elektrische Achsantriebs-Einheit für ein Kraftfahrzeug sowie eine elektrische Maschine, bei welchen jeweils je eine vorgenannte Anordnung realisiert ist.

Im Bereich der Kraftfahrzeuge kommen Elektromaschinen zur Anwendung, um das jeweilige Kraftfahrzeug als Hybrid- oder Elektrofahrzeug zu konzipieren. So werden teilweise auch bei Kraftfahrzeuggetrieben Elektromaschinen vorgesehen, um das jeweilige Kraftfahrzeuggetriebe für die Anwendung bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug geeignet zu machen. Während übrige Komponenten des jeweiligen Getriebes dabei über das jeweilige, umliegende Getriebegehäuse gekapselt und abgeschirmt sind, können die aus dem Getriebegehäuse herausgeführten Wellen allerdings für elektromagnetische Interferenzen sorgen, was im Bereich eines Kraftfahrzeuges eine Störung sonstiger elektronischer Bauteile zur Folge haben kann. Zudem kann es zu einem Aufbau einer Potenzialdifferenz zwischen der jeweiligen Welle und dem Getriebegehäuse kommen, was zu Durchschlägen an Lagern der jeweiligen Welle und damit einer Reduzierung der Lebensdauer dieser Lager führen kann. Aus diesem Grund ist die jeweils betroffene Welle nach Möglichkeit zu erden. Auch bei ansonsten in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Elektromaschinen, wie beispielsweise bei elektrischen Achsantriebs-Einheiten, ist eine Erdung einer jeweiligen Welle zur Beseitigung oder Reduzierung elektromagnetischer Interferenzen und der Verhinderung des Aufbaus einer Potenzialdifferenz vorzunehmen. Eine jeweilige Erdung wird dabei zumeist durch eine elektrisch leitende Verbindung der zu erdenden Welle mit einer Masse vorgenommen, bei welcher es sich üblicherweise um ein Gehäuse handelt. Aus der DE 10 2019 133 677 A1 geht eine Anordnung zur Erdung einer Rotorwelle einer Elektromaschine hervor, wobei die Rotorwelle bei dieser Anordnung über eine rohrförmige Erdungsnabe elektrisch leitend mit einem Gehäuse verbunden ist, welches als Masse zur Erdung der Rotorwelle dient. Die Erdungsnabe ist dabei an einem axialen Ende über ein Stützlager an der Rotorwelle gestützt sowie an einem hierzu entgegengesetzt liegenden, axialen Ende schwimmend in einem Gehäusedeckel des Gehäuses gelagert. Für die schwimmende Lagerung ist dabei radial zwischen der Erdungsnabe und dem Gehäusedeckel ein elektrisch leitendes, radial federndes Zwischenelement vorgesehen, welches als Leitelement auch die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Erdungsnabe und dem Gehäuse herstellt. Seitens der Rotorwelle ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Erdungsnabe und der Rotorwelle als Schleifkontakt über ein Kontaktelement hergestellt, welches als Kohlestift ausgeführt ist. Der Kohlestift ist hierbei an der Rotorwelle angebracht und in einer Kohlebürstenhalterung geführt, welche an der Erdungsnabe angebracht ist. Durch Schleifkontakt zwischen dem Kohlestift und der Kohlebürstenhalterung wird dabei die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Erdungsnabe und der Rotorwelle ausgebildet.

Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, bei welcher eine zuverlässige Erdung einer Welle verwirklicht ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Getriebe, bei welchem mindestens eine Welle auf die erfindungsgemäße Art und Weise angeordnet ist, ist ferner Gegenstand von Anspruch 17. Ferner betrifft Anspruch 18 eine elektrische Achsantriebs-Einheit, bei welcher mindestens eine Welle entsprechend der erfindungsgemäßen Anordnung angeordnet ist, während Anspruch 19 eine elektrische Maschine mit einer auf die erfindungsgemäße Art und Weise angeordneten Rotorwelle zum Gegenstand hat. Gemäß der Erfindung umfasst eine Anordnung zur Erdung einer Welle eine Erdungsnabe, über welche die zu erdende Welle elektrisch leitend mit einer elektrischen Masse, bevorzugt einem Gehäuse, verbunden ist. Zwischen der Erdungsnabe und der zu erdenden Welle ist ein Lager vorgesehen, über welches die zu erdende Welle drehbar gegenüber der Erdungsnabe gelagert ist. Ferner steht die Erdungsnabe mit der Masse über ein zwischenliegendes Leitelement elektrisch leitend in Verbindung.

Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung prinzipiell ein rotierbares Bauteil zu verstehen, welches für eine Übertragung einer Drehbewegung zwischen zu koppelnden Komponenten vorgesehen ist. Dabei kann diese Welle auch einstückig mit einer oder beiden zu koppelnden Komponenten ausgebildet sein. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei bei der zu erdenden Welle um eine Rotorwelle einer Elektromaschine, die für eine drehfeste Verbindung mit einem Rotor der Elektromaschine vorgesehen ist. Dabei können der Rotor und die Rotorwelle auch einstückig ausgeführt oder aber als separate und drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten vorliegen. Die Elektromaschine kann hierbei Bestandteil eines Kraftfahrzeuggetriebes ein. Bei der zu erdenden Welle kann es sich aber prinzipiell auch um eine sonstige Welle, wie beispielsweise eine Getriebewelle handeln.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Erdungsnabe dafür vorgesehen, die zu erdende Welle elektrisch leitend mit der Masse zu verbinden, indem die Erdungsnabe einerseits elektrisch leitend mit der zu erdenden Welle sowie andererseits auch elektrisch leitend mit der Masse in Verbindung steht. Zumindest in Kontaktbereichen mit der Masse und der zu erdenden Welle sowie in einem diese Kontaktbereiche verbindenden Zwischenbereich besteht die Erdungsnabe aus einem elektrisch leitfähigen Material. Bevorzugt ist die Erdungsnabe aber vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, bei welchem es sich insbesondere um einen metallischen Werkstoff, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, handelt. Die Erdungsnabe kann einteilig oder mehrteilig ausgebaut sein.

Die Erdungsnabe weist im Sinne der Erfindung insbesondere eine stangenähnliche Gestalt auf, d.h. sie ist ähnlich einer Welle als längliches Bauteil ausgeführt, um in- nerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung die elektrisch leitende Verbindung bevorzugt axial zwischen der zu erdenden Welle und der Masse herzustellen. Weiter bevorzugt ist die Erdungsnabe rotationssymmetrisch ausgebildet.

Bei der elektrischen Masse, zu welcher die elektrisch leitende Verbindung der zu erdenden Welle über die zwischenliegende Erdungsnabe hergestellt ist, handelt es sich im Sinne der Erfindung um einen elektrisch leitenden Körper, welchem insbesondere das Potenzial null als Bezugspotenzial zugeordnet ist. Bevorzugt liegt diese Masse in Form eines Gehäuses vor, wobei hierbei die elektrisch leitende Verbindung der Erdungsnabe konkret an diesem Gehäuse, einem Gehäuseteil oder einem hiermit permanent elektrisch leitend verbundenen Bauteil hergestellt sein kann.

Mit „axial“ ist im Rahmen der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Rotationsachse der Welle bzw. einer Längsachse der Erdungsnabe gemeint, während radial eine Orientierung in Durchmesserrichtung ausgehend von der Rotationsachse der zu erdenden Welle bzw. von der Längsachse der Erdungsnabe bedeutet.

Unter einer „elektrisch leitenden“ Verbindung ist im Sinne der Erfindung eine Verbindung zu verstehen, bei welcher ein Stromfluss zwischen den verbundenen Bauteilen ermöglicht wird. Diese elektrisch leitende Verbindung ist dabei bei der erfindungsgemäßen Anordnung zum einen zwischen der Masse und der Erdungsnabe sowie zum anderen zwischen der Erdungsnabe und der zu erdenden Welle ausgestaltet, wobei dies dabei jeweils unmittelbar oder mittelbar über weitere, zwischenliegende Bauteile vorgenommen sein kann.

Bei dem Lager, über welches die zu erdende Welle drehbar gegenüber der Erdungsnabe gelagert ist, handelt es sich insbesondere um ein Radiallager, wobei dieses Radiallager hierbei bevorzugt als Wälzlager und hierbei besonders bevorzugt als Rillenkugellager ausgestaltet ist. Im Rahmen der Erfindung könnte das zwischenliegende Lager aber auch als ein anderweitig ausgebildetes Wälzlager, wie beispielsweise als Rollenlager, oder auch als Gleitlager ausgeführt sein. Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass das Leitelement ein Federelement ist, über welches die Erdungsnabe axial gegen das Lager vorgespannt ist und das die Erdungsnabe axial elektrisch zu der Masse kontaktiert. Mit anderen Worten ist also bei der Anordnung ein Federelement vorgesehen, welches die Erdungsnabe axial gegen das Lager vorspannt, über welches die zu erdende Welle relativ drehbar zu der Erdungsnabe gelagert ist. Darüber hinaus ist das Federelement aber auch dafür vorgesehen, eine elektrische Kontaktierung zwischen der Erdungsnabe und der Masse in axialer Richtung auszubilden, also axial eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Masse und der Erdungsnabe herzustellen.

Eine derartige Ausgestaltung einer Anordnung zur Erdung einer Welle hat dabei den Vorteil, dass über das Federelement zum einen eine axiale Vorspannung des Lagers eingestellt werden kann, indem das Federelement die Erdungsnabe axial gegen das Lager spannt. Hierdurch kann an dem Lager, welches zwischen der Erdungsnabe und der zu erdenden Welle platziert ist, ein negatives Betriebsspiel eingestellt und damit neben einer Erhöhung der Lagersteifigkeit auch ein geräuscharmer Lauf des Lagers erreicht werden. Zum anderen sorgt das Federelement aber auch für eine elektrische Kontaktierung mit der Masse in axialer Richtung, wobei diese elektrische Kontaktierung aufgrund der axialen Vorspannung hierbei auch stets aufrechterhalten ist, so dass insgesamt auch die Erdung der Welle zuverlässig ausgebildet ist. Dies ist hierbei bei kompaktem Aufbau möglich, da das Federelement die beiden Funktionen axiale Vorspannung des Lagers und axiale Kontaktierung vereinigt.

Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Federelement hierbei um eine Wellfeder, wodurch die axiale, elektrische Kontaktierung bei einer niedrigen Kontaktlänge und damit auch mit einem niedrigen Übergangswiderstand hergestellt ist. Alternativ dazu könnte es sich bei dem Federelement aber prinzipiell auch um eine Schraubenfeder, Tellerfeder oder ähnliches handeln.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das Federelement axial zwischen einer Stirnseite der Erdungsnabe und der Masse angeordnet. In diesem Fall liegt das Federelement also axial zwischen der Stirnseite der Erdungsnabe und der Masse. In vorteilhafter Weise kann hierdurch ein radial kompakter Aufbau verwirklicht werden, indem das radial klein bauende Federelement an einem axialen Ende der Erdungsnabe und damit stirnseitig von dieser platziert wird. Besonders bevorzugt ist dabei an der Stirnseite der Erdungsnabe eine Anlagefläche definiert, an welcher ein axialer Kontakt der Erdungsnabe mit dem Federelement hergestellt ist und an der eine axiale Krafteinleitung zur Vorspannung der Erdungsnabe gegen das Lager vorgenommen wird. Insbesondere ist diese Anlagefläche dabei durch Doppelung des Materials der Erdungsnabe im Bereich des axialen Endes der Erdungsnabe gebildet, worunter im Rahmen der Erfindung ein Umschlagen des Materials im Bereich des axialen Endes zu verstehen ist.

Vorzugsweise ist das Federelement aufgrund seiner Materialeigenschaft oder Beschichtung elektrisch leitfähig. Durch eine derartige Ausgestaltung dient das Federelement zusätzlich als elektrische Kontaktierung zwischen der Erdungsnabe und der elektrischen Masse.

Alternativ dazu ist es eine Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, dass das Federelement axial überdeckend mit der Erdungsnabe platziert ist, wobei das Federelement axial zwischen der Masse und einem radial nach außen vorkragendem Abschnitt der Erdungsnabe angeordnet ist, welcher in Umfangsrichtung zumindest abschnittsweise ausgestaltet ist. Dadurch kann der axiale Kontakt zwischen der Erdungsnabe und dem Federelement radial weiter außen liegend vorgenommen werden, so dass auch das Federelement auf einem größeren Durchmesser angeordnet werden kann. In vorteilhafter Weise kann das Federelement bei gleichbleibender Aufbringung einer axialen Vorspannung dadurch axial kürzer bauend ausgeführt werden, was hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung zwischen Masse und Erdungsnabe vorteilhaft ist. Besonders bevorzugt ist der radial nach außen vorkragende Abschnitt der Erdungsnabe vollständig umlaufend ausgebildet.

Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass die Erdungsnabe seitens der Masse schwimmend gelagert ist. Die Erdungsnabe kann also gegenüber der Masse axial mit Spiel bewegt werden, wodurch die axiale Vorspannung der Erdungsnabe gegen das Lager über das Federelement problemlos darstellbar ist. Denn hierdurch kann die Erdungsnabe axial relativ zu der Masse verschoben und damit auch relativ zu der Masse über das Federelement gegen das Lager vorgespannt werden, wobei über das Federelement dabei dann erfindungsgemäß die axiale, elektrische Kontaktierung der Erdungsnabe zu der Masse vorgenommen wird.

In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform bildet die Erdungsnabe an einem Teilabschnitt einen Führungsabschnitt, an welchem die Erdungsnabe seitens der Masse axial verschiebbar in einer Führungsbohrung geführt ist. Hierdurch kann die schwimmende Lagerung der Erdungsnabe an der Masse auf einfache Art und Weise verwirklicht werden. Besonders bevorzugt ist der Führungsabschnitt dabei als axial verlaufender Abschnitt und weiter bevorzugt an einem axialen Ende der Erdungsnabe durch Doppelung gebildet. Hierbei ist im Sinne der Erfindung unter „Doppelung“ ein Umschlagen des Materials der Erdungsnabe in diesem Bereich zu verstehen. Durch Doppelung kann dabei der Führungsabschnitt mit niedrigem Herstellungsaufwand im Rahmen eines Umformvorganges bei der Herstellung der Erdungsnabe definiert werden.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist an der Erdungsnabe ein radial nach außen vorstehender Abschnitt ausgebildet, über weichen eine axiale Verschiebung der Erdungsnabe gegenüber der Masse in zumindest einer axialen Richtung durch Zusammenspiel mit je einem axialen Anschlag begrenzt ist. In vorteilhafter Weise kann hierdurch eine axiale Bewegung der Erdungsnabe zu der Masse in die entsprechende Richtung eingeschränkt werden, wodurch bei Begrenzung der axialen Bewegung in Richtung des Federelement ein übermäßiges Stauchen des Federelements verhindert werden kann. Eine Begrenzung der axialen Bewegung der Erdungsnabe in die hierzu entgegengesetzte Richtung, nämlich in Richtung des Lagers, kann hingegen für eine Montage der erfindungsgemäßen Anordnung von Vorteil sein, indem die Erdungsnabe im Zuge der Montage vor der Herstellung eines axialen Kontakts mit dem Lager axial festgesetzt wird. Besonders bevorzugt ist der radial nach außen vorstehende Abschnitt dabei als um laufende Bund ausgebildet.

In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform ist der je eine Anschlag dabei durch eine Anlageschulter der Masse und/oder einen Sprengring gebildet. Letzterer ist hierbei besonders bevorzugt seitens der Masse in einer entsprechenden Nut plat- ziert und dementsprechend axial an der Masse festgesetzt. In beiden Fällen kann ein jeweiliger Anschlag dabei auf einfache Art und Weise verwirklicht werden.

Alternativ oder ergänzend zu der vorgenannten Weiterbildung ist eine axiale Verschiebung der Erdungsnabe gegenüber der Masse in Richtung des Lagers durch Zusammenspiel des Abschnitts mit einem Sprengring begrenzt, während eine Begrenzung in eine hierzu entgegengesetzte axiale Verschiebungsrichtung der Erdungsnabe durch Zusammenspiel des Abschnitts mit einer Anlageschulter gebildet ist. In diesem Fall werden also axiale Verschiebungen der Erdungsnabe in beide Richtungen begrenzt, wobei dies in der einen axialen Richtung durch Zusammenspiel des Abschnitts mit einem Sprengring sowie in der anderen axialen Richtung durch Zusammenspiel des Abschnitts mit einer Anlageschulter verwirklicht ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist die Erdungsnabe in Drehrichtung festgesetzt. Hierdurch wird sichergestellt, dass es zu keiner Relativverdrehung der Erdungsnabe gegenüber der Masse kommt, was ansonsten die elektrische Kontaktierung über das zwischenliegende Federelement erschweren würde. Denn ansonsten müssten entweder zwischen der Masse und dem Federelement oder zwischen dem Federelement und der Erdungsnabe ein Relativverdrehen dargestellt werden.

In Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit ist die Erdungsnabe seitens der Masse gegen Verdrehen durch einen radial vorstehenden und sich in Umfangsrichtung über einen Teilabschnitt erstreckenden Steg gesichert, welcher an der Erdungsnabe oder an der Masse ausgebildet ist und in eine Ausnehmung einragt, die in Umfangsrichtung beidseitig des Steges begrenzt und an der Masse oder an der Erdungsnabe ausgestaltet ist. Hierdurch kann eine Verdrehsicherung auf einfache Art und Weise realisiert werden. Besonders bevorzugt ist der Steg an dem radial nach außen vorstehendem Abschnitt der Erdungsnabe ausgebildet, an welchem eine axiale Verschiebung der Erdungsnabe in zumindest einer axialen Richtung begrenzt ist. Es ist eine Ausführungsform der Erfindung, dass die Erdungsnabe zumindest abschnittsweise rohrförmig gestaltet ist und über ein Innenvolumen einen masseseitigen Versorgungsanschluss für Schmier- und/oder Kühlmittel mit der zu erdenden Welle verbindet. Dadurch übernimmt die Erdungsnaben neben der Realisierung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen der zu erdenden Welle und der Masse zusätzlich die Funktion, eine Zuführung von Schmier- und/oder Kühlmittel zu der zu erdenden Welle zu verwirklichen, wozu die Erdungsnabe zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgeführt ist.

Dabei kann das Schmier- und/oder Kühlmittel über ein Innenvolumen des zumindest abschnittsweise gebildeten Rohrs und eine hierdurch definierte Zuführleitung zu der zu erdenden Welle geführt werden, wobei es sich bei dem Mittel hierbei bevorzugt um Öl handelt, welches für eine Kühlung der insbesondere als Rotorwelle ausgestalteten Welle vorgesehen ist. Hierbei ist die Erdungsnabe zumindest über einen Teil ihrer axialen Erstreckung rohrförmig gestaltet, indem in dem zumindest vorhandenen Teilabschnitt der Erdungsnabe ein Innenvolumen durch das umgebende Material der Erdungsnabe begrenzt und damit in diesem Bereich die Zuführleitung definiert ist. Besonders bevorzugt ist aber die Erdungsnabe komplett als Rohr gestaltet, um somit über die komplette axiale Erstreckung der Erdungsnabe eine Zuführung des Schmier- und/oder Kühlmittels zu ermöglichen und damit auch eine Führung des Mittels von dem einen axialen Ende der Erdungsnabe zu dem anderen axialen Ende zu verwirklichen. Dabei ist diese Ausführungsform insbesondere mit der Weiterbildung der Erfindung kombiniert, bei welcher die Erdungsnabe permanent festgesetzt ist, da hierdurch ein Strömen des Schmier- und/oder Kühlmittels über die Erdungsnabe aufgrund der fehlenden Rotation der Erdungsnabe vereinfacht ist.

In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform ist das Innenvolumen der Erdungsnabe über mindestens eine Bohrung mit einem radialen Außenbereich der Erdungsnabe verbunden. Hierdurch kann auch ein Teil des über das Innenvolumen geführten Schmier- und/oder Kühlmittels in den radialen Außenbereich der Erdungsnabe geleitet werden, um zusätzlich zu der zu erdenden Welle auch andere Komponenten zu versorgen, wie beispielsweise Lagerungen und/oder Verzahnungen, etc.. Besonders bevorzugt ist die mindestens eine Bohrung dabei axial benachbart zu ei- nem Innenring des Lagers vorgesehen. Des Weiteren ist die mindestens eine Bohrung insbesondere in Einbaulage der Erdungsnabe vertikal unten liegend ausgestaltet, um ein problemloses Abströmen eines Teils des Schmier- und/oder Kühlmittels über die mindestens eine Bohrung zu ermöglichen.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Erdungsnabe mit einer Durchmesserreduzierung ausgeführt, auf welcher das Lager mit einem Innenring platziert ist. Zum einen wird hierdurch seitens der Erdungsnabe ein Absatz und damit auch eine Anlageschulter definiert, über welche die über das Federelement in die Erdungsnabe eingeleitete Axialkraft auf den Innenring des Lagers übertragen werden kann. Zum anderen kann diese Durchmesserreduzierung in Kombination mit der vorgenannten Ausführungsform, bei welcher die Erdungsnabe für eine Zuführung von Schmier- und/oder Kühlmittel zu der zu erdenden Welle vorgesehen ist, auch für eine Veränderung des Strömungsquerschnitt und damit für eine Einstellung der zu der Welle geführten Menge an Schmier- und/oder Kühlmittel verwendet werden. Alternativ oder ergänzend dazu kann im Bereich einer Mündung des Innenraumes der Erdungsnabe auf Seiten der zu erdenden Welle eine Hülse in der Erdungsnabe vorgesehen sein, über welche ebenfalls eine Veränderung des Strömungsquerschnitt und damit eine Einstellung der Menge an Schmier- und/oder Kühlmittel realisiert werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verbindet das Lager die Erdungsnabe elektrisch leitend mit der zu erdenden Welle. In diesem Fall wird also die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Erdungsnabe und der zu erdenden Welle über das zwischenliegende Lager vorgenommen, wodurch ein separates Verbindungselement eingespart und damit der Herstellungsaufwand reduziert werden kann. Denn das Lager kann zwischen der Erdungsnabe und der zu erdenden Welle auf einem kleinen Durchmesser platziert werden, wodurch sich niedrige Umfangsgeschwindigkeiten am Lager einstellen. Aufgrund dieser niedrigen Umfangsgeschwindigkeiten wird erreicht, dass eine mit zunehmender Geschwindigkeit ansonsten ebenfalls zunehmende, isolierende Wirkung von Schmiermittel des Lagers vermieden wird, was ansonsten die elektrisch leitende Verbindung über das Lager erschweren könnte. Im Rahmen der Erfindung kann die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Erdungsnabe und der zu erdenden Welle aber ebenso gut über ein separates Kontaktelement, wie beispielsweise in Form einer Kohlebürste, realisiert sein.

Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Getriebe, bei welchem es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeuggetriebe handelt, wobei bei diesem Getriebe zumindest eine Welle in einer Anordnung nach einer oder mehrerer der vorgenannten Varianten geerdet ist. Dabei kann diese Anordnung insbesondere bei einer Rotorwelle einer in das Getriebe integrierten Elektromaschine realisiert sein. Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Erdung der Welle kann auch Bestandteil einer elektrische Achsantriebs-Einheit für ein Kraftfahrzeug oder einer elektrischen Maschine sein.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung o- der unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Getriebes des Antriebsstranges aus Fig. 1 im Bereich einer erfindungsgemäßen Anordnung entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Bereichs der Anordnung aus Fig. 2;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Teils der Anordnung aus Fig. 2; Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Erdungsnabe der Anordnung aus Fig. 2;

Fig. 6 eine Schnittansicht eines weiteren Bereichs der Anordnung aus Fig. 2;

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;

Fig 8 eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges; und

Fig. 9 eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine.

Aus Fig. 1 geht eine schematische Ansicht eines Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug hervor. Dieser Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor 1 auf, dessen Ausgang mit einer Eingangswelle 2 eines Getriebes 3 verbunden ist. Eine Abtriebswelle 4 des Getriebes 3 ist mit einem Differentialgetriebe 5 verbunden. Das Differentialgetriebe 5 ist dazu eingerichtet, die an der Abtriebswelle 4 anliegende Leistung auf Antriebsräder 6 und 7 des Kraftfahrzeugs zu verteilen. Das Getriebe 3 weist einen Radsatz 8 auf, welcher zusammen mit in Fig. 1 nicht dargestellten Schaltelementen dazu eingerichtet ist verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle 2 und der Abtriebswelle 4 bereitzustellen. Der Radsatz 8 ist von einem Gehäuse 9 umschlossen, welches auch eine mit der Eingangswelle 2 verbundene elektrische Maschine 10 beherbergt. Die elektrische Maschine 10 ist dazu eingerichtet die Eingangswelle 2 anzutreiben. Am Gehäuse 9 ist ein Umrichter 11 befestigt. Der Umrichter 11 ist einerseits mit der elektrischen Maschine 10 und andererseits mit einer Batterie 12 verbunden. Der Umrichter 11 dient zur Wandlung des Gleichstroms der Batterie 12 in einen zum Betrieb der elektrischen Maschine 10 geeigneten Wechselstrom, und weist dazu mehrere Leistungshalbleiter auf. Die Wandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom erfolgt durch einen gesteuerten pulsartigen Betrieb der Leistungshalbleiter. Um im Betrieb elektromagnetische Interferenzen sowie den Aufbau einer Potenzial- differenz zu verhindern, ist eine Welle 13 in Form einer Rotorwelle der elektrischen Maschine 10 geerdet. Dies ist dabei in Fig. 2 dargestellt, in welcher zu erkennen ist, dass die Welle 13 innerhalb des Getriebes 3 drehfest mit der Eingangswelle 2 verbunden ist, wobei die Welle 13 und die Eingangswelle 2 gemeinsam über Wälzlager 14 und 15 drehbar gelagert sind. Zur Erdung der Welle 13 an dem Gehäuse 9 des Getriebes 3 ist hierbei eine Anordnung 16 vorgenommen. Diese Anordnung 16 ist hierbei entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet und umfasst eine Erdungsnabe 17, welche die zu erdenden Welle 13 elektrisch leitend mit einem Gehäusedeckel 18 des Gehäuses 9 verbindet, wobei das Gehäuse 9 hierbei als Masse für die Erdung der Welle 13 fungiert.

Wie hierbei insbesondere in Fig. 2 zu erkennen ist, ist die Erdungsnabe 17 dabei überwiegend durch einen rohrförmigen Körper gebildet, welcher sich axial ausgehend von dem Gehäusedeckel 18 durch die als Hohlwelle gestaltete Eingangswelle 2 hindurch bis in die Welle 13 hinein erstreckt, wobei auch die Welle 13 zu diesem Zweck als Hohlwelle konzipiert ist. Die Erdungsnabe 17 ist dabei aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt, bei welchem es sich bevorzugt um Metall handelt. Im Bereich eines axialen Endes 19 der Erdungsnabe 17 ist dabei ein Lager 20 auf der Erdungsnabe 17 platziert, wobei über dieses Lager 20 dabei zum einen eine drehbare Lagerung der Welle 13 gegenüber der permanent feststehenden Erdungsnabe 17 vorgenommen ist. Abgesehen davon dient das als Wälzlager ausgeführte Lager 20 zudem der elektrischen Kontaktierung der Welle 13 mit der Erdungsnabe 17, so dass also die elektrisch leitende Verbindung zwischen der zu erdenden Welle 13 und der Erdungsnabe 17 über das zwischenliegende Lager 20 vorgenommen ist.

An einem zu dem axialen Ende 19 entgegengesetzt liegenden, axialen Ende 21 ist die Erdungsnabe 17 zudem schwimmend in dem Gehäusedeckel 18 gelagert, wobei dieser Bereich hierbei in Fig. 3 näher dargestellt ist. Wie hierbei zu erkennen ist, ist die schwimmende Lagerung hierbei an einem Führungsabschnitt 22 der Erdungsnabe 17 vorgenommen, wobei dieser Führungsabschnitt 22 dabei durch Doppelung des Materials der Erdungsnabe 17 an dem axialen Ende 21 definiert worden ist. Gemäß dem in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dabei durch die Doppelung an dem axialen Ende 21 der Erdungsnabe 17 ein umlaufender, sich radial erstreckender Abschnitt 23 und ein hieran anknüpfender Abschnitt 24 gebildet, der axial parallel zu dem rohrförmigen Körper der Erdungsnabe 17 verläuft und ebenfalls vollständig umlaufend ausgeführt ist. Dabei bildet der Abschnitt 24 an einem Außenumfang den Führungsabschnitt 22, an welchem die Erdungsnabe 17 axial verschiebbar an einem Innendurchmesser 25 einer Führungsbohrung 26 des Gehäusedeckels 18 geführt ist. Alternativ zu der Ausführung gemäß Fig. 2 und Fig. 3 kann die Doppelung ohne einen radialen Spalt zwischen der rohrförmigen Körper der Erdungsnabe und dem Abschnitt 24 ausgeführt sein, sodass der Abschnitt 24 direkt auf dem rohrförmigen Körper der Erdungsnabe aufliegt.

Als Besonderheit ist stirnseitig der Erdungsnabe 17 zudem ein Federelement 27 vorgesehen, welches axial zwischen dem axialen Ende 21 der Erdungsnabe 17 und einem Absatz 28 der Führungsbohrung 26 vorgesehen ist. Dabei ist das Federelement 27 vorliegend als Wellfeder ausgestaltet, die sich seitens des Gehäusedeckels 18 an dem Absatz 28 sowie seitens der Erdungsnabe 17 an dem Abschnitt 23 abstützt. Über das Federelement 27 wird die Erdungsnabe 17 dabei axial gegen das Lager 20 vorgespannt, wodurch zum einen eine entsprechende axiale Vorspannung des Lagers 20 zur Darstellung eines geräuscharmen Laufs sichergestellt und dabei zudem die Aufrechterhaltung der Kontaktierung zwischen Erdungsnabe 17 und Lager 20 und damit auch zu der zu erdenden Welle 13 gewährleistet wird.

Zum anderen dient das Federelement 27 aber auch der axialen Kontaktierung der Erdungsnabe 17 mit dem Gehäusedeckel 18 des Gehäuses 9, um auch hier stets die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Erdungsnabe 17 und dem Gehäusedeckel 18 sicherzustellen. Aufgrund der Ausführung des Federelement 27 als Wellfeder kann diese elektrische Kontaktierung dabei mit einem kurzen Leitungsweg und damit bei einem niedrigen Übergangswiderstand vorgenommen werden.

Wie zudem in Fig. 3 zu erkennen ist, schließt sich an den axialen Abschnitt 24 der Erdungsnabe 17 noch ein radial nach außen vorstehende Abschnitt 29 an, welcher ebenfalls vollständig um laufend ausgestaltet ist. Dieser Abschnitt 29 dient dabei ei- ner Begrenzung einer axialen Relativverschiebung der Erdungsnabe 17 gegenüber dem Gehäusedeckel 18 in beide Axialrichtungen, indem eine axiale Bewegung der Erdungsnabe 17 in Richtung des Federelements 27 durch Zusammenspiel des Abschnitts 29 mit einem ersten axialen Anschlag 30 begrenzt ist, um ein übermäßiges Stauchen des Federelement 27 zu verhindern. Hingegen ist eine Begrenzung einer hierzu entgegengerichteten Axialbewegung der Erdungsnabe 17 zu dem Gehäusedeckel 18, nämlich in Richtung des Lagers 20, durch Zusammenspiel des Abschnitts 29 mit einem axialen Anschlag 31 vorgenommen. Dies ist hierbei insbesondere für eine Montage der Anordnung 16 von Vorteil, um die Erdungsnabe 17 und das Federelement 27 bereits vor Platzierung des Lagers 20 zwischen Erdungsnabe 17 und Welle 13 in dem Gehäusedeckel 18 vormontieren zu können. Hierbei ist der axiale Anschlag 30 durch eine Anlageschulter 32 gebildet, welche seitens des Gehäusedeckels 18 definiert ist, während der axiale Anschlag 31 durch einen Sprengring 33 ausgestaltet ist, der in einer Nut 34 des Gehäusedeckels 18 platziert ist.

Darüber hinaus ist an dem Abschnitt 29 der Erdungsnabe 17 auch eine Verdrehsicherung der Erdungsnabe 17 verwirklicht, indem an dem Abschnitt 29 ein Steg 35 definiert ist, welcher insbesondere in den perspektivischen Ansichten in Fig. 4 und 5 zu erkennen ist. Dabei steht dieser Steg 35 gegenüber dem Abschnitt 29 radial und in Umfangsrichtung über einen Teilabschnitt des Abschnitts 29 vor und fasst dabei seitens des Gehäusedeckels 18 in eine Ausnehmung 36 ein, die auf Seiten des Gehäusedeckels in Umfangsrichtung beidseitig des einfassenden Steges 35 begrenzt ist. Vorliegend ist die Ausnehmung 36 hierbei in Fig. 4 zu sehen. Durch Zusammenspiel des Steges 35 und der Ausnehmung 36 wird ein ungewolltes Verdrehen der Erdungsnabe 17 zu dem Gehäusedeckel 9formschlüssig unterbunden.

Fig. 6 zeigt ferner den Bereich des axialen Endes 19, an welchem die drehbare Lagerung und die elektrische Kontaktierung über das Lager 20 vorgenommen ist. Wie hier zu erkennen ist, handelt es sich bei dem Lager 20 dabei um ein Wälzlager, welches konkret als Rillenkugellager ausgeführt ist. Dabei ist ein Innenring 37 des Lagers 20 auf einer Durchmesserreduzierung 38 der Erdungsnabe 17 platziert, wobei die Durchmesserreduzierung 38 hierbei eine Anlageschulter 39 definiert, über die die über das Federelement 27 in die Erdungsnabe 17 eingeleitete Axialkraft auf den In- nenring 37 des Lagers 20 übertragen wird. Zudem stützt sich ein Außenring 40 des Lagers 20 an einem Absatz 41 einer Durchgangsbohrung 42 der zu erdenden Welle 13 ab.

Abgesehen von der Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen der zu erdenden Welle 13 und dem Gehäusedeckel 18 dient die Erdungsnabe 17 noch der Zuführung von Schmier- und/oder Kühlmittel zu der zu erdenden Welle 13, um hier eine Kühlung der Welle 13 und insbesondere des Rotors der Elektromaschine vorzunehmen. Dabei handelt es sich bei dem Schmier- und/oder Kühlmittel bevorzugt um Öl. Das Schmier- und/oder Kühlmittel wird dabei von dem axialen Ende 21 her in ein Innenvolumen 43 der Erdungsnabe 17 eingeleitet, indem stirnseitig der Erdungsnabe 17 an dem axialen Ende 21 in dem Gehäusedeckel 18 ein Versorgungsanschluss 44 für das Schmier- und/oder Kühlmittel ausgestaltet ist.

Entlang der Erdungsnabe 17 gelangt das in das Innenvolumen 43 eingeleitete Schmier- und/oder Kühlmittel dann zu dem axialen Ende 19, wobei die Durchmesserreduzierung 38 hierbei für eine Verringerung des Strömungsquerschnitt und damit einer Einstellung der Menge an Schmier- und/oder Kühlmittel sorgt. An dem axialen Ende 19 der Erdungsnabe 17 kann das Schmier- und/oder Kühlmittel dann in den Innenbereich der zu erdenden Welle 13 gelangen. Wie zudem in Fig. 6 zu erkennen ist, ist im Bereich des axialen Endes 19 und axial benachbart zu dem Innenring 37 des Lagers 20 zudem eine radiale Bohrung 45 in der Erdungsnabe 17 ausgestaltet, über welche ein Teil des zu dem Ende 19 geführten Schmier- und/oder Kühlmittels nach radial außen und vertikal unten abströmen kann, um im Weiteren neben dem Lager 20 auch weitere Bereiche, wie beispielsweise Verzahnungen des Getriebes, zu versorgen.

Des Weiteren zeigt Fig. 7 eine Schnittansicht eines Bereichs eines Getriebes 3, bei welchem eine - vorliegend nicht zu sehende - Welle über eine Anordnung 46 entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung geerdet ist, indem sie über eine Erdungsnabe 47 elektrisch leitend mit einem Gehäusedeckel 18 eines Gehäuses 9 verbunden ist. Dabei entspricht diese Anordnung im Wesentlichen der Variante nach den Fig. 1 bis 6, mit dem Unterschied, dass ein Federelement 48, über welches eine axiale Vorspannung der Erdungsnabe 47 gegen ein Lager sowie eine axiale Kontaktierung der Erdungsnabe 47 mit dem Gehäusedeckel 18 realisiert ist, nun axial überdeckend sowie radial umliegend zu der Erdungsnabe 47 platziert ist. Insofern ist das Federelement 48 nun im Vergleich zu der Variante nach den Fig. 1 bis 6 radial weiter außenliegend angeordnet.

Hierbei ist das Federelement 48, bei welchem es sich erneut um eine Wellfeder handelt, axial zwischen dem Gehäusedeckel 18 und einem radial nach außen vorkragenden Abschnitt 49 der Erdungsnabe 47 platziert, wobei sich der Abschnitt 49 hierbei an einem axialen Ende eines Abschnitts 24 anschließt, an welchem neben dem Abschnitt 49 auch der radial nach außen vorstehende Abschnitt 29 mit dem Steg 35 angebunden ist. Als weiterer Unterschied begrenzt der Abschnitt 29 hierbei in Zusammenspiel mit der Anlageschulter 32 eine axiale Bewegung der Erdungsnabe 47 nur in Richtung des Gehäusedeckels 18, während eine Begrenzung in die hierzu entgegengesetzte, axiale Richtung durch Zusammenspiel des Abschnitts 49 mit einem Sprengring 50 vorgenommen ist, der in diesem Bereich in dem Gehäusedeckel 18 eingesetzt ist. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach Fig. 7 der Variante nach den Fig. 1 bis 6, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.

Aus Fig. 8 geht eine schematische Ansicht eines Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug hervor, welcher im Unterschied zu Fig. 1 hierbei ein rein elektrischer Antriebsstrang ist. Der Antriebsstrang weist eine elektrische Achsantriebs-Einheit 51 auf. Die elektrische Achsantriebs-Einheit 51 umfasst eine elektrische Maschine 52, deren Leistung über einen Reduktionsradsatz 53 und ein Differentialgetriebe 54 auf Antriebsräder 55 und 56 eines Kraftfahrzeugs übertragen wird. Dazu steht die elektrische Maschine abtriebsseitig an einer Welle 57 mit dem Reduktionsradsatz 53 in Verbindung. Ausgangswellen 58 und 59 des Differentialgetriebes 54 sind mit den Antriebsrädern 55 und 56 verbunden. Die elektrische Maschine 52, der Reduktionsradsatz 53 und das Differentialgetriebe 54 sind von einem Gehäuse 60 umschlossen. Am Gehäuse 60 ist ein Umrichter 61 befestigt. Der Umrichter 61 ist einerseits mit der elektrischen Maschine 52 und andererseits mit einer Batterie 62 verbunden. Der Umrichter 61 dient zur Wandlung des Gleichstroms der Batterie 62 in einen zum Betrieb der elektrischen Maschine 52 geeigneten Wechselstrom, und weist dazu mehrere Leistungshalbleiter auf. Die Wandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom erfolgt durch einen gesteuerten pulsartigen Betrieb der Leistungshalbleiter.

Vorliegend ist eine Erdung der Welle 57 im Rahmen einer erfindungsgemäßen Anordnung vorgenommen, die dabei in analoger Weise zu einer der Varianten nach Fig. 2 bis 7 realisiert ist. So ist auch hier eine Erdungsnabe 63 vorgesehen, welche über ein Federelement gegen die Welle 57 vorgespannt ist, wobei das Federelement dabei auch eine elektrische Kontaktierung ausbildet. Zu dem genaueren Aufbau der Anordnung zur Erdung der Welle 57 wird insofern Bezug auf die Fig. 2 bis 7 genommen.

Schließlich zeigt noch Fig. 9 eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine 64. Die elektrische Maschine 64 weist ein Gehäuse 65 auf, welches einen Stator 66 und einen Rotor 67 aufnimmt. Der Stator 66 ist drehfest im Gehäuse 65 fixiert. Der Rotor 67 ist mit einer Rotorwelle 68 gekoppelt, wobei die Rotorwelle 68 über zwei am Gehäuse 65 abgestützte Wälzlager 69 und 70 drehbar gelagert ist. Ein Ende der Rotorwelle 68 ragt aus dem Gehäuse 65 hervor.

Die Rotorwelle 68 ist vorliegend im Rahmen einer erfindungsgemäßen Anordnung geerdet, die dabei prinzipiell in analoger Weise zu einer der Varianten nach Fig. 2 bis 7 realisiert ist. So ist auch hier eine Erdungsnabe 71 vorgesehen, welche über ein Federelement gegen die Rotorwelle 68 vorgespannt ist, wobei das Federelement dabei auch eine elektrische Kontaktierung ausbildet. Zu dem genaueren Aufbau der Anordnung zur Erdung der Rotorwelle 68 wird insofern Bezug auf die Fig. 2 bis 7 genommen.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen einer Anordnung kann eine zuverlässige Erdung einer Welle realisiert werden. Bezuqszeichen

Verbrennungsmotor

Eingangswelle

Getriebe

Abtriebswelle

Differentialgetriebe

Antriebsrad

Antriebsrad

Radsatz

Gehäuse elektrische Maschine

Umrichter

Batterie

Welle

Wälzlager

Wälzlager

Anordnung

Erdungsnabe

Gehäusedeckel axiales Ende

Lager axiales Ende

Führungsabschnitt

Abschnitt

Abschnitt

Innendurchmesser

Führungsbohrung

Federelement

Absatz

Abschnitt axialer Anschlag axialer Anschlag Anlageschulter

Sprengring

Nut

Steg

Ausnehmung

Innenring

Durchmesserreduzierung

Anlageschulter

Außenring

Absatz

Durchgangsbohrung

Innenvolumen

Versorgungsanschluss

Bohrung

Anordnung

Erdungsnabe

Federelement

Abschnitt

Sprengring

Achsantriebs-Einheit elektrische Maschine

Reduktionsradsatz

Differentialgetriebe

Antriebsrad

Antriebsrad

Welle

Ausgangswelle

Ausgangswelle

Gehäuse

Umrichter

Batterie

Erdungsnabe elektrische Maschine Gehäuse Stator Rotor Rotorwelle Wälzlager Wälzlager Erdungsnabe