Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erdung einer Welle, insbesondere einer Rotorwelle einer Elektromaschine, umfassend eine zumindest abschnittsweise rohrförmige Erdungsnabe, die elektrisch leitend mit einer elektrischen Masse, bevorzugt einem Gehäuse, verbunden ist, wobei die Erdungsnabe zudem mit der zu erdenden Welle über einen Schleifkontakt elektrisch leitend in Verbindung steht, welcher an einem Kontaktelement ausgebildet ist, wobei das Kontaktelement in einer Halterung geführt ist, die stirnseitig der Erdungsnabe an der Erdungsnabe befestigt ist, und wobei ein Innenvolumen der Erdungsnabe eine Zuführleitung für eine Zuführung von Schmier- und/oder Kühlmittel zu der zu erdenden Welle bildet. 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 sind Wellen, insbesondere Rotorwellen einer Elektromaschine nach Möglichkeit zu erden. Auch bei ansonsten in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Elektromaschinen, wie beispielsweise bei elektrischen Achsantriebs-Einheiten, ist eine Erdung einer jeweiligen Welle vorzunehmen. Eine jeweilige Erdung wird dabei durch eine elektrisch leitende Verbindung der zu erdenden Welle mit einer elektri- sehen Masse vorgenommen, bei welcher es sich beispielsweise 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. 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 eines Gehäuses gelagert. Für die schwimmende Lagerung ist dabei radial zwischen der Erdungsnabe und dem Gehäusedeckel ein elektrisch leitendes, radial federndes Zwischenelement vorgesehen. 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. Neben der elektrisch leitenden Verbindung der Rotorwelle mit dem Gehäuse dient die Erdungsnabe zudem einer Zuführung von Öl vom Gehäuse zu der Rotorwelle, wozu das Öl in ein Innenvolumen der rohrförmigen Erdungsnabe geleitet wird.

Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, mittels welcher eine Erdung einer Welle zuverlässig verwirklicht ist, wobei dabei gleichzeitig eine Zuführung von Schmier- und/oder Kühlmittel zu der zu erdenden Welle sichergestellt sein soll.

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 15. Ferner betrifft Anspruch 16 eine elektrische Achsantriebs-Einheit, bei welcher mindestens eine Welle entspre- chend der erfindungsgemäßen Anordnung angeordnet ist, während Anspruch 17 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 zumindest abschnittsweise rohrförmige Erdungsnabe, die elektrisch leitend mit einer elektrischen Masse verbunden ist, wobei es sich bei dieser elektrischen Masse bevorzugt um ein Gehäuse handelt. Die Erdungsnabe steht zudem mit der zu erdenden Welle über einen Schleifkontakt elektrisch leitend in Verbindung, welcher an einem Kontaktelement ausgebildet ist, wobei das Kontaktelement in einer Halterung geführt ist, die stirnseitig der Erdungsnabe an der Erdungsnabe befestigt ist. Ein Innenvolumen der rohrförmigen Erdungsnabe bildet ferner eine Zuführleitung für eine Zuführung von Schmier- und/oder Kühlmittel zu der zu erdenden Welle.

Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung prinzipiell ein rotierbares Bauteil zu verstehen, welches üblicherweise 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, welche dabei Teil eines Kraftfahrzeuggetriebes sein kann. Es kann sich bei der Welle aber prinzipiell auch um eine sonstige Welle, wie insbesondere eine Getriebewelle handeln. Im Rahmen der Erfindung kann die zu erdende Welle zudem einteilig oder mehrteilig vorliegen.

In 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 seitens der zu erdenden Welle ist die elektrisch leitende Verbindung dabei stirnseitig der Erdungsnabe hergestellt, indem der Kontakt an einem Kontaktelement vorgenommen ist, welches in einer stirnseitig an der Erdungsnabe befestigten Halterung geführt ist. Dabei muss auch zwischen Kontaktelement und Halterung sowie zwischen Halterung und Erdungsnabe jeweils eine elektrisch leitfähige Verbindung bestehen. Zumindest in Kontaktbereichen mit der Masse und der zu erdenden Welle über die zwischenliegende Halterung und das Kontaktelement 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.

Neben der Realisierung der elektrisch leitenden Verbindung der zu erdenden Welle mit der Masse hat die Erdungsnabe zudem 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 definierten Rohrs und eine hierdurch gebildeten 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 bzw. des hieran angebundenen Rotors vorgesehen ist.

Die Erdungsnabe weist im Sinne der Erfindung eine stangenähnliche Gestalt auf, d.h. sie ist ähnlich einer Welle als längliches Bauteil ausgeführt, um innerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung die elektrisch leitende Verbindung bevorzugt axial zwischen der zu erdenden Welle und der Masse herzustellen. Hierbei ist die Erdungsnabe zumindest über einen Teil ihrer 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. Weiter bevorzugt wird dabei über die Erdungsnabe ein masseseitiger Anschluss für das Schmier- und/oder Kühlmittel mit der zu erdenden Welle verbunden. Weiter bevorzugt ist die Erdungsnabe ferner rotationssymmetrisch ausgebildet. Bei der 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 Mittelachse der Erdungsnabe gemeint, während radial eine Orientierung in Durchmesserrichtung ausgehend von der Rotationsachse der zu erdenden Welle bzw. von der Mittelachse 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 Letzteres dabei mittelbar über das Kontaktelement und die Halterung vorgenommen ist.

Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Zuführleitung in einem Sammelraum mündet, welcher zwischen der Erdungsnabe und der Halterung definiert ist. Dabei ist in der Halterung mindestens eine Bohrung ausgestaltet, über welche der Sammelraum mit zumindest einer Versorgungsleitung der zu erdenden Welle für das Schmier- und/oder Kühlmittel in Verbindung steht. Mit anderen Worten endet also die durch das Innenvolumen der Erdungsnabe definierte Zuführleitung auf Seiten der zu erdenden Welle in einem Sammelraum, welchen die Erdungsnabe gemeinsam mit der stirnseitig an der Erdungsnabe befestigten Halterung begrenzt. Neben der Zuführleitung ist dieser Sammelraum dabei zudem mit zumindest einer Versorgungsleitung der zu erdenden Welle verbunden, indem in der Halterung mindes- tens eine, den Sammelraum und die Versorgungsleitung verbindende Bohrung ausgestaltet ist.

Eine derartige Anordnung zur Erdung einer Welle hat dabei den Vorteil, dass zum einen durch den Schleifkontakt an dem Kontaktelement zwischen der zu erdenden Welle und der Erdungsnabe eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Welle und Erdungsnabe hergestellt wird, was aufgrund der elektrisch leitenden Verbindung der Erdungsnabe mit der Masse auch eine zuverlässige Erdung der Welle zur Folge hat. Gleichzeitig kann die Erdungsnabe aber auch dazu genutzt werden, Schmier- und/oder Kühlmittel zu der zu erdenden Welle zu führen, um dort für eine entsprechende Schmierung bzw. Kühlung über das Mittel zu sorgen. Trotz der stirnseitigen Anordnung der Halterung und damit auch der stirnseitigen Kontaktierung über das in der Halterung geführte Kontaktelement kann das Schmier- und/oder Kühlmittel dennoch problemlos zu der zu erdenden Welle geführt werden, indem das über das Innenvolumen und damit die Zuführleitung der Erdungsnabe zugeleitete Mittel sich in dem Sammelraum zwischen Erdungsnabe und Halterung sammeln kann, wobei es im Weiteren dann aus dem Sammelraum über die mindestens eine Bohrung in Richtung der zumindest einen Versorgungsleitung der zu erdenden Welle gelangen kann. Insgesamt kann also eine zuverlässige Erdung der Welle bei gleichzeitiger Versorgung der Welle mit Schmier- und/oder Kühlmittel realisiert werden.

Zwar ist auch bei der Anordnung gemäß der DE 10 2019 133 677 A1 eine Kontaktierung zwischen der zu erdenden Welle und der Erdungsnabe über einen Schleifkontakt vorgenommen, indem das an der zu erdenden Welle befestigte Kontaktelement in der Halterung geführt ist, die stirnseitig der Erdungsnabe an der Erdungsnabe befestigt ist. Es ist bei der DE 10 2019 133 677 A1 aber keine Maßnahme getroffen, um das über die Erdungsnabe zugeführte Schmier- und/oder Kühlmittel an der Halterung vorbei zu der zu erdenden Welle führen zu können.

Die mindestens eine Bohrung in der Halterung ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt als radial verlaufende Bohrung ausgebildet, so dass das in den Sammelraum gelangte Schmier- und/oder Kühlmittel aus dem Sammelraum heraus nach radial außen abströmen kann. Prinzipiell könnte die mindestens eine Bohrung aber auch axial und radial sowie auch rein axial verlaufend ausgeführt sein, sofern hierdurch nicht die Führung des Kontaktelements und damit die elektrische Kontaktierung beeinträchtigt wird.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement in der Halterung verschiebbar geführt und dabei in der Halterung gegen eine Anlauffläche vorgespannt, welche seitens der zu erdenden Welle ausgestaltet ist. Das Kontaktelement, an welchem der Schleifkontakt zwischen den Kontaktpartnern in Form der zu erdenden Welle und der Erdungsnabe hergestellt ist, ist also verschiebbar in der Halterung aufgenommen. Der Schleifkontakt an dem Kontaktelement ist dabei derartig gestaltet, dass das Kontaktelement in der Halterung durch Vorspannen mit einer Anlauffläche in Kontakt steht, die auf Seiten der zu erdenden Welle ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass durch die verschiebbare Führung des Kontaktelements in der Halterung sowie die Vorspannung des Kontaktelements gegen die Anlauffläche eine elektrische Kontaktierung auf zuverlässige Art und Weise ausgebildet werden kann. Denn durch die Vorspannung des Kontaktelements gegen die Anlauffläche wird im Betrieb stets sichergestellt, dass das Kontaktelement an der Anlauffläche anliegt und damit den elektrisch leitenden Schleifkontakt herstellt.

Auf Seiten der Erdungsnabe wird die elektrisch leitende Verbindung zum Kontaktelement über die Halterung hergestellt, die stirnseitig an der Erdungsnabe befestigt ist, wobei diese Befestigung dabei elektrisch leitend ausgestaltet sein muss. Eine Vorspannung des Kontaktelements gegen die Anlauffläche ist dabei insbesondere über ein Federelement realisiert, welches zwischen der Halterung und dem Kontaktelement platziert ist und das Kontaktelement in Richtung der Anlauffläche vorspannt. Die elektrisch leitende Verbindung der Halterung zu dem Kontaktelement ist dabei aufgrund der Führung des Kontaktelements in der Halterung und/oder über das Federelement realisiert. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Federelement dabei um eine Schraubenfeder, wobei allerdings auch eine kompakt bauende Ausführung eines Federelements denkbar wäre, wie beispielsweise eine Tellerfeder oder eine Wellfeder. Das Kontaktelement ist in der Halterung insbesondere axial verschiebbar geführt und dann auch axial gegen die Anlauffläche vorgespannt. Prinzipiell könnte im Rahmen der Erfindung aber auch eine radiale Kontaktierung über das Kontaktelement realisiert sein, indem dieses in der Halterung radial geführt und gegen die Anlauffläche vorgespannt ist.

Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der vorstehenden Ausführungsform ist die Anlauffläche an einer Hülse ausgebildet, die an der zu erdenden Welle befestigt ist. In diesem Fall ist also die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktelement und der zu erdenden Welle an einer Hülse ausgestaltet, welche die Anlauffläche für das Kontaktelement bildet und die an der zu erdenden Welle festgesetzt ist. Hierdurch besteht die Möglichkeit, für die Ausbildung des Schleifkontaktes mit dem Kontaktelement ein Material zu verwenden, welches eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und zudem einen verschleißarmen Kontaktpartner für den Schleifkontakt mit dem Kontaktelement darstellt, ohne dass die zu erdenden Welle komplett oder zumindest zum überwiegenden Teil aus diesem Material ausgeführt werden muss. Denn die Hülse kann gezielt in dem Bereich an der zu erdenden Welle befestigt werden, in welchem der Schleifkontakt stattfindet. Besonders bevorzugt ist die Hülse dabei über eine Pressverbindung an der zu erdenden Welle befestigt.

In Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit ist die Hülse an einem Innendurchmesser der zumindest in diesem Bereich als Hohlwelle ausgeführten Welle befestigt und teilt dabei die zumindest eine Versorgungsleitung von einem Innenraum ab, welcher mit dem Sammelraum über die mindestens eine Bohrung der Halterung verbunden ist. Ferner ist die Hülse mit mindestens einer Ausnehmung durchsetzt, über welche jeweils je eine Verbindung des Innenraumes mit der zumindest einen Versorgungsleitung der zu erdenden Welle hergestellt ist. In vorteilhafter Weise ist hierdurch eine besonders kompakte Anordnung der Hülse möglich, indem diese an einem Innendurchmesser der zu erdenden Welle befestigt ist. Über die mindestens eine Ausnehmung kann dabei aber gleichzeitig eine nahezu ungehinderte Zuführung des Schmier- und/oder Kühlmittels zu der zu erdenden Welle stattfinden. Bevorzugt ist die Hülse dabei in den Innendurchmesser der zu erdenden Welle eingepresst. Weiter bevorzugt ist der Innenraum, welcher durch die Hülse von der zu- mindest einen Versorgungsleitung abgeteilt ist, zwischen der Halterung, der zu erdende Welle und der Hülse definiert.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist die zumindest eine Versorgungsleitung der zu erdenden Welle durch ein Innenvolumen der zumindest in diesem Bereich als Hohlwelle ausgeführten Welle gebildet. Hierdurch kann auch im Bereich der zu erdenden Welle eine Weiterführung des zugeführten Schmier- und/oder Kühlmittels auf einfache Art und Weise verwirklicht werden, indem die zu erdende Welle zumindest in dem für die Weiterführung relevanten Bereich als Hohlwelle gestaltet ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Erdungsnabe axial in die zu erdende Welle eingeführt, wobei der Schleifkontakt an dem Kontaktelement dabei in einem Innenraum stattfindet, welcher zwischen der Erdungsnabe und der zu erdenden Welle begrenzt ist. Dies hat den Vorteil, dass der Schleifkontakt zwischen der Erdungsnabe und der zu erdenden Welle dadurch in einem abgeschirmten Bereich stattfinden kann.

Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass das Kontaktelement aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff ausgeführt ist, beispielsweise aus Graphit. Die Ausführung des Kontaktelements als Graphitelement ermöglicht eine hohe elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig problemloser Ausbildung des Schleifkontaktes.

Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist zwischen der Erdungsnabe und der zu erdenden Welle ein Lager, bevorzugt ein Wälzlager, angeordnet. In vorteilhafter Weise kann die Erdungsnabe hierdurch auch im Bereich der zu erdenden Welle abgestützt und dabei gleichzeitig Relativdrehzahlen zwischen der Erdungsnabe und der zu erdenden Welle dargestellt werden. Besonders bevorzugt ist das als Wälzlager ausgeführte Lager hierbei als Rillenkugellager ausgestaltet. In Weiterbildung dieser Ausgestaltungsmöglichkeit kann das Lager radial zwischen der Halterung und der zu erdenden Welle aufgenommen, wobei das Lager bevorzugt aber mit einem Innenring auf der Erdungsnabe angeordnet ist. In Weiterbildung der Erfindung ist die Zuführleitung der Erdungsnabe über mindestens eine Bohrung mit einem radialen Außenbereich der Erdungsnabe verbunden. Hierdurch kann auch ein Teil des über die Zuführleitung 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 bei Kombination dieser Weiterbildung mit der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit axial benachbart zu einem Innenring des Lagers vorgesehen, welches zwischen der Erdungsnabe und der zu erdenden Welle vorgesehen ist. Insbesondere ist die mindestens eine Bohrung zudem 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.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Erdungsnabe an einer Mündung in den Sammelraum mit einer Durchmesserreduzierung ausgeführt. Hierdurch kann eine Menge an Schmier- und/oder Kühlmittel durch eine entsprechende Gestaltung des Strömungsquerschnitt eingestellt werden. Alternativ oder ergänzend dazu ist eine Hülse in die Erdungsnabe im Bereich einer Mündung in den Sammelraum eingesetzt. Auch hierdurch kann eine entsprechende Einstellung des Strömungsquerschnitts der Erdungsnabe vorgenommen werden.

Besonders bevorzugt ist die Erdungsnabe festgesetzt, wodurch ein Strömen des Schmier- und/oder Kühlmittels über die Zuführleitung in der Erdungsnabe aufgrund der fehlenden Rotation der Erdungsnabe vereinfacht ist. Zu diesem Zweck kann die Erdungsnabe seitens der Masse gegen Verdrehen gesichert 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 aber 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 Bereichs des Antriebsstranges aus Fig. 1 im Bereich einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Erdung einer Welle;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges; und

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, welcher hierbei ein rein elektrischer Antriebsstrang ist. Der Antriebsstrang weist eine elektrische Achsantriebs-Einheit 1 auf. Die elektrische Achsantriebs-Einheit 1 umfasst eine elektrische Maschine 2, deren Leistung über einen Reduktionsradsatz 3 und ein Differentialgetriebe 4 auf Antriebsräder 5 und 6 eines Kraftfahrzeugs übertragen wird. Dazu steht die elektrische Maschine abtriebsseitig an einer Welle 7 mit dem Reduktionsradsatz 3 in Verbindung. Ausgangswellen 8 und 9 des Differentialgetriebes 4 sind mit den Antriebsrädern 5 und 6 verbunden. Die elektrische Maschine 2, der Reduktionsradsatz 3 und das Differentialgetriebe 4 sind von einem Gehäuse 10 umschlossen. Am Gehäuse 10 ist ein Umrichter 11 befestigt. Der Umrichter 11 ist einerseits mit der elektrischen Maschine 2 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 2 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, was ansonsten zu Durchschlägen an Lagern der Welle 7 führen könnte, ist die Welle 7 geerdet. Dies ist dabei im Rahmen einer Anordnung realisiert, die entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung realisiert und in Fig. 2 näher im Detail dargestellt ist.

So ist die Welle 7 über eine Erdungsnabe 13 elektrisch leitend mit dem - in Fig. 2 nicht zu sehenden - Gehäuse 10 als Masse verbunden. Die Erdungsnabe 13 ist dabei rohrförmig gestaltet und besteht vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material, bei welchem es sich insbesondere um ein Metall handelt. An einem - in Fig. 2 nicht zu sehenden - axialen Ende ist die Erdungsnabe 13 dabei mit dem die Masse bildenden Gehäuse 10 elektrisch leitend verbunden, wobei die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Erdungsnabe 13 und dem Gehäuse 10 dabei insbesondere in einem Gehäusedeckel des Gehäuses entweder durch unmittelbaren Kontakt zwischen Deckel und Erdungsnabe 13 oder mittelbar über ein zwischenliegendes Kontaktierungselement realisiert sein kann. Die Erdungsnabe 13 ist hierbei festgesetzt und damit an einer Drehbewegung gehindert, wobei dies bevorzugt über eine Verdrehsicherung zwischen der Erdungsnabe 13 und dem Gehäuse 10 bzw. Gehäusedeckel verwirklicht ist.

An einem zu der elektrischen Kontaktierung mit dem Gehäuse 10 entgegengesetzt liegenden, axialen Ende 14 ist die Erdungsnabe 13 elektrisch leitend mit der zu erdenden Welle 7 verbunden, wobei dies hierbei über einen Schleifkontakt 15 an einem Kontaktelement 16 realisiert ist. Das Kontaktelement 16 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, beispielsweise aus Graphit, und ist axial verschiebbar in einer Halterung 17 geführt, welche an der Erdungsnabe 13 an dem axialen Ende 14 befestigt ist. Dabei ist das Kontaktelement 16 axial verschiebbar in einer Führungsbohrung 18 der Halterung 17 geführt und über ein Federelement 19 in Form einer Schraubenfeder gegen eine Anlauffläche 20 vorgespannt, die an einer Hülse 21 ausgestaltet ist.

Die Hülse 21 ist in eine Stufenbohrung 22 der zumindest in diesem Bereich als Hohlwelle gestalteten Welle 7 eingepresst und dabei an einem Innendurchmesser 23 festgesetzt, wobei eine axiale Position der Hülse 21 zu einem Absatz 24 der Stufenbohrung 22 über ein hohlzylindrisches Abstandselement 25 eingestellt ist. An dem Absatz 24 der Stufenbohrung 22 ist ein Innendurchmesser der Stufenbohrung 22 radial dicht an einen Außendurchmesser der Halterung 17 herangeführt, welche in diesem Bereich auf das Ende 14 der Erdungsnabe 13 aufgepresst ist. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Erdungsnabe 13 und der Welle 7 ist in der Folge über die Halterung 17 an dem hierin geführten Kontaktelement 16 durch Schleifkontakt mit der Anlauffläche 20 der Hülse 21 hergestellt, indem die Halterung 17 sowohl elektrisch leitend mit der Erdungsnabe 13, als auch dem Kontaktelement 16 in Verbindung steht, während die Hülse 21 neben dem Schleifkontakt 15 mit dem Kontaktelement 16 auch eine Kontaktierung zu der zu erdenden Welle 7 herstellt. Ähnlich wie die Halterung 17 muss auch die Hülse 21 zu diesem Zweck aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, wobei es sich bei diesem Material hierbei bevorzugt um Metall handelt.

Neben der Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung der Welle 7 mit dem Gehäuse 10 hat die Erdungsnabe 13 auch die zusätzliche Aufgabe, Schmier- und/oder Kühlmittel zu der Welle 7 für eine Kühlung des Rotors der Elektromaschine zu führen. Dabei handelt es sich bei diesem Schmier- und/oder Kühlmittel insbesondere um Öl des Getriebes. Ein Innenraum 26 der rohrförmigen Erdungsnabe 13 steht hierbei - vorliegend nicht weiter dargestellt - mit einem Versorgungsanschluss des Gehäuses 10 in Verbindung, um das Schmier- und/oder Kühlmittel in den Innenraum 26 der Erdungsnabe 13 zu leiten. Besonders bevorzugt erfolgt eine Zuleitung des Schmier- und/oder Kühlmittels dabei von dem axialen Ende der Erdungsnabe 13 her, an welchem die elektrisch leitende Kontaktierung zwischen der Erdungsnabe 13 und dem Gehäuse 10 ausgebildet ist. Der Innenraum 26 der Erdungsnabe 13 bildet somit eine Zuführleitung 27 für die Zuführung des eingeleiteten Schmier- und/oder Kühlmittels zum axialen Ende 14 der Erdungsnabe 13. Dabei ist die Erdungsnabe 13 im Bereich des axialen Endes 14 mit einer Durchmesserreduzierung 28 versehen, welche auch eine Verkleinerung des Strömungsquerschnitts der Zuführleitung 27 zu dem axialen Ende 14 hin zur Folge hat. Vorliegend wird der Strömungsquerschnitt dabei zusätzlich über eine Hülse 29 reduziert, die im Mündungsbereich der Zuführleitung 27 am axialen Ende 14 in die Erdungsnabe 13 eingepresst ist. Über die Durchmesserreduzierung 28 und die Hülse 29 wird dabei die zum axialen Ende 14 der Erdungsnabe 13 geführte Menge an Schmier- und/oder Kühlmittel eingestellt.

An der Durchmesserreduzierung 28 ist an dem hierdurch definierten Außendurchmesser der Erdungsnabe 13 zum einen die Befestigung der Halterung 17 durch Aufpressen der Halterung 17 vorgenommen, wodurch die Halterung 17 stirnseitig der Erdungsnabe 13 platziert ist und damit auch die elektrisch leitende Verbindung zu der Welle 7 stirnseitig der Erdungsnabe 13 vorgenommen ist. Zum anderen ist auf dem Außendurchmesser der Durchmesserreduzierung 28 zudem ein Innenring 30 eines Lagers 31 platziert, welches radial zwischen der Erdungsnabe 13 und der Welle 7 vorgesehen ist und einer Lagerung der Welle 7 gegenüber der Erdungsnabe 13 dient. Dieses Lager 31 ist hierbei als Wälzlager ausgeführt, wobei es konkret als Rillenkugellager ausgestaltet ist.

Um trotz der stirnseitigen Platzierung der Halterung 17 dennoch eine Zuführung des Schmier- und/oder Kühlmittels zu der Welle 7 sicherzustellen, ist im Mündungsbereich der Zuführleitung 27 und damit stirnseitig der Erdungsnabe 13 ein Sammelraum 32 definiert. Dieser Sammelraum 32 ist dabei zwischen der Halterung 17 und der Erdungsnabe 13 eingeschlossen, indem die Halterung 17 mit einer Stufenbohrung ausgestattet ist, mit welcher die Halterung 17 an einem ersten Durchmesserbereich auf das axiale Ende 14 der Erdungsnabe 13 aufgepresst ist und an einem axial hieran anknüpfenden, zweiten Durchmesserbereich den Sammelraum 32 begrenzt. Der Sammelraum 32 wird aus der Zuführleitung 27 mit dem Schmier- und/oder Kühlmittel gespeist, wobei ein Abströmen des Mittels aus dem Sammelraum 32 über radial verlaufende Bohrungen 33 in einen Innenraum 34 stattfinden kann, welche radial umliegend der Halterung 17 zwischen der Halterung 17, dem Abstandselement 25 und der Hülse 21 definiert ist. Aus diesem Innenraum 34 kann das Schmier- und/oder Kühlmittel dann an der Hülse 21 vorbei in eine Versorgungsleitung 35 gelangen, die durch die Stufenbohrung 22 der Welle 7 gebildet ist. Ein Abströmen aus dem Innenraum 34 in die Versorgungsleitung 35 wird dabei über axiale Ausnehmungen 36 in der Hülse 21 ermöglicht. Insofern kann das Schmier- und/oder Kühlmittel insgesamt einen Strömungsweg nehmen, wie er in Fig. 2 mit den Pfeilen angedeutet ist.

Vertikal unten liegend und axial zwischen den Bereichen, auf welchen zum einen der Innenring 30 des Lagers 31 platziert sowie zum anderen die Halterung 17 auf das axiale Ende 14 der Erdungsnabe 13 aufgepresst ist, ist die Erdungsnabe 13 zudem mit einer radialen Bohrung 37 versehen, über welche ein Teil des über die Zuführleitung 27 geführten Schmier- und/oder Kühlmittels vor einer Zuführung in den Sammelraum 32 in einen radialen Außenbereich der Erdungsnabe 13 gelangen kann. Aufgrund einer trichterähnlichen Gestaltung der Welle 7 axial zwischen der Platzierung des Lagers 31 und der Bildung des Absatzes 24, wird das über die Bohrung 37 abströmende Schmier- und/oder Kühlmittel in Richtung des Lagers 31 und im Weiteren dann auch in axial hierauf folgende Bereiche geleitet, um weitere Lagerstellen und/oder Verzahnungen zu versorgen.

Des Weiteren geht aus Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug hervor. Im Unterschied zu der Variante nach Fig. 1 weist dieser Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor 38 auf, dessen Ausgang mit einer Eingangswelle 39 eines Getriebes 40 verbunden ist. Eine Abtriebswelle 41 des Getriebes 40 ist mit einem Differentialgetriebe 42 verbunden. Das Differentialgetriebe 42 ist dazu eingerichtet, die an der Abtriebswelle 41 anliegende Leistung auf Antriebsräder 43 und 44 des Kraftfahrzeugs zu verteilen. Das Getriebe 40 weist einen Radsatz 45 auf, welcher zusammen mit in Fig. 3 nicht dargestellten Schaltelementen dazu eingerichtet ist verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle 39 und der Abtriebswelle 41 bereitzustellen. Der Radsatz 45 ist von einem Gehäuse 46 umschlossen, welches auch eine mit der Eingangswelle 39 verbundene elektrische Maschine 47 beherbergt. Die elektrische Maschine 47 ist dazu eingerichtet die Eingangswelle 39 anzutreiben. Am Gehäuse 46 ist ein Umrichter 48 befestigt. Der Umrichter 48 ist einerseits mit der elektrischen Maschine 47 und andererseits mit einer Batterie 49 verbunden. Der Umrichter 48 dient zur Wandlung des Gleichstroms der Batterie 49 in einen zum Betrieb der elektrischen Maschine 47 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 Eingangswelle 39 im Rahmen einer erfindungsgemäßen Anordnung vorgenommen, die dabei in analoger Weise zu der Variante nach Fig. 2 realisiert ist. So ist auch die Eingangswelle 39 innerhalb des Getriebes 40 über einen Schleifkontakt elektrisch leitend mit einer - vorliegend nicht weiter dargestellten - Erdungsnabe verbunden. Diese Erdungsnabe dient dabei zudem auch einer Zuführung von Schmier- und/oder Kühlmittel zu der Eingangswelle 39 und im Weiteren auch zu der elektrischen Maschine 47. Zu dem genaueren Aufbau der Anordnung zur Erdung der Eingangswelle 39 wird insofern Bezug auf Fig. 2 genommen.

Schließlich zeigt noch Fig. 4 eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine 50. Die elektrische Maschine 50 weist ein Gehäuse 51 auf, welches einen Stator 52 und einen Rotor 53 aufnimmt. Der Stator 52 ist drehfest im Gehäuse 51 fixiert. Der Rotor 53 ist mit einer Rotorwelle 54 gekoppelt, wobei die Rotorwelle 54 über zwei am Gehäuse 51 abgestützte Wälzlager 55 und 56 drehbar gelagert ist. Ein Ende der Rotorwelle 54 ragt aus dem Gehäuse 51 hervor.

Die Rotorwelle 54 ist vorliegend im Rahmen einer erfindungsgemäßen Anordnung geerdet, die dabei prinzipiell in analoger Weise zu der Variante nach Fig. 2 realisiert ist. So ist auch die Rotorwelle 54 innerhalb des Getriebes 51 über einen Schleifkontakt elektrisch leitend mit einer Erdungsnabe 13 verbunden. Diese Erdungsnabe 13 dient dabei zudem erneut auch einer Zuführung von Schmier- und/oder Kühlmittel zu der Rotorwelle 54. Zu dem genaueren Aufbau der Anordnung zur Erdung der Rotorwelle 54 wird insofern Bezug auf Fig. 2 genommen.

Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung kann einerseits eine Erdung einer Welle auf zuverlässige Art und Weise realisiert sowie andererseits eine Versorgung der zu erdenden Welle mit Schmier- und/oder Kühlmittel sichergestellt werden.

Bezuqszeichen

Achsantriebs-Einheit elektrische Maschine

Reduktionsradsatz

Differentialgetriebe

Antriebsrad

Antriebsrad

Welle

Ausgangswelle

Ausgangswelle

Gehäuse

Umrichter

Batterie

Erdungsnabe

Ende

Schleifkontakt

Kontaktelement

Halterung

Führungsbohrung

Federelement

Anlauffläche

Hülse

Stufenbohrung

Innendurchmesser

Absatz

Abstandselement

Innenraum

Zuführleitung

Durchmesserreduzierung

Hülse

Innenring

Lager Sammelraum Bohrungen Innenraum Versorgungsleitung Ausnehmungen Bohrung

Verbrennungsmotor Eingangswelle Getriebe Abtriebswelle Differentialgetriebe Antriebsrad Antriebsrad Radsatz Gehäuse elektrische Maschine Umrichter

Batterie elektrische Maschine Gehäuse

Stator Rotor Rotorwelle Wälzlager Wälzlager