WO2023094191A1 - Anordnung zur erdung einer welle - Google Patents

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WO2023094191A1
WO2023094191A1 PCT/EP2022/081722 EP2022081722W WO2023094191A1 WO 2023094191 A1 WO2023094191 A1 WO 2023094191A1 EP 2022081722 W EP2022081722 W EP 2022081722W WO 2023094191 A1 WO2023094191 A1 WO 2023094191A1
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WO
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grounding
grounding hub
shaft
hub
arrangement
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/081722
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Griesbach
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/40—Structural association with grounding devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/193—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil with provision for replenishing the cooling medium; with means for preventing leakage of the cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2205/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to casings, enclosures, supports
    • H02K2205/03—Machines characterised by thrust bearings

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for grounding a shaft, in particular a rotor shaft of an electric machine, comprising a grounding hub via which the shaft to be grounded is electrically conductively connected to a ground, preferably a housing, with a bearing between the grounding hub and the shaft to be grounded is provided, via which the shaft to be grounded is rotatably mounted relative to the grounding hub, and wherein the grounding hub is electrically conductively connected to the mass via an intermediate conducting element.
  • the invention relates to a transmission, an electric axle drive unit for a motor vehicle and an electric machine, in each of which an aforementioned arrangement is implemented.
  • electric machines are used in order to design the respective motor vehicle as a hybrid or electric vehicle.
  • electric machines are also provided in motor vehicle transmissions in order to make the respective motor vehicle transmission suitable for use in a hybrid or electric vehicle.
  • the waves leading out of the transmission housing can, however, cause electromagnetic interference, which can result in a malfunction of other electronic components in the area of a motor vehicle.
  • a potential difference can build up between the respective shaft and the transmission housing, which can lead to breakdowns in the bearings of the respective shaft and thus to a reduction in the service life of these bearings. For this reason, the affected shaft should be grounded if possible.
  • a respective shaft must be grounded in order to eliminate or reduce electromagnetic interference and to prevent the build-up of a potential difference.
  • a respective grounding is usually carried out by an electrically conductive connection of the shaft to be grounded to a ground, which is usually a housing.
  • DE 10 2019 133 677 A1 discloses an arrangement for grounding a rotor shaft of an electric machine, the rotor shaft in this arrangement being electrically conductively connected via a tubular grounding hub to a housing which serves as ground for grounding the rotor shaft.
  • the grounding hub is supported at one axial end via a support bearing on the rotor shaft and at an axial end lying opposite thereto is mounted in a floating manner in a housing cover of the housing.
  • an electrically conductive, radially resilient intermediate element is provided radially between the grounding hub and the housing cover, which as a conducting element also produces the electrically conductive connection between the grounding hub and the housing.
  • an electrically conductive connection is made between the grounding hub and the rotor shaft as a sliding contact via a contact element, which is designed as a carbon pin.
  • the carbon pin is attached to the rotor shaft and guided in a carbon brush holder, which is attached to the grounding hub.
  • the electrically conductive connection between the grounding hub and the rotor shaft is formed by sliding contact between the carbon pin and the carbon brush holder.
  • an arrangement for grounding a shaft includes a grounding hub, via which the shaft to be grounded is electrically conductively connected to an electrical ground, preferably a housing.
  • a bearing is provided between the grounding hub and the shaft to be grounded, via which the shaft to be grounded is rotatably mounted relative to the grounding hub.
  • the grounding hub is electrically conductively connected to ground via an intermediate conducting element.
  • a “shaft” is in principle to be understood as meaning a rotatable component which is provided for the transmission of a rotary movement between components to be coupled.
  • This shaft can also be designed in one piece with one or both of the components to be coupled.
  • the shaft to be grounded is particularly preferably a rotor shaft of an electric machine, which is provided for a non-rotatable connection to a rotor of the electric machine.
  • the rotor and the rotor shaft can also be designed in one piece or as separate individual components that are connected to one another in a torque-proof manner.
  • the electric machine can be part of a motor vehicle transmission.
  • the shaft to be grounded can also be another shaft, such as a gear shaft.
  • the grounding hub is provided for electrically conductively connecting the shaft to be grounded to ground by the grounding hub being electrically conductively connected to the shaft to be grounded and also electrically conductively connected to ground.
  • the grounding hub consists of an electrically conductive material at least in the contact areas with the ground and the shaft to be grounded, as well as in an intermediate area connecting these contact areas.
  • the grounding hub is preferably formed entirely from an electrically conductive material, which is in particular a metallic material such as steel or aluminum.
  • the grounding hub can be made in one piece or in several pieces.
  • the grounding hub has, in particular, a rod-like shape, ie it is designed as an elongate component similar to a shaft, in order to Within the arrangement according to the invention, the electrically conductive connection is preferably established axially between the shaft to be grounded and the ground. More preferably, the grounding hub is designed to be rotationally symmetrical.
  • the electrical ground to which the electrically conductive connection of the shaft to be grounded is established via the intermediate grounding hub, is an electrically conductive body in the sense of the invention, to which zero potential is assigned as the reference potential.
  • This mass is preferably in the form of a housing, in which case the electrically conductive connection of the grounding hub can be produced specifically on this housing, on a housing part or on a component which is permanently electrically conductively connected thereto.
  • axial means an orientation in the direction of a rotation axis of the shaft or a longitudinal axis of the grounding hub
  • radial means an orientation in the diameter direction starting from the rotation axis of the shaft to be grounded or from the longitudinal axis of the grounding hub.
  • an “electrically conductive” connection is to be understood within the meaning of the invention as a connection in which a current can flow between the connected components.
  • this electrically conductive connection is configured between the ground and the grounding hub and between the grounding hub and the shaft to be grounded, and this can be done directly or indirectly via other intermediate components.
  • the bearing via which the shaft to be grounded is rotatably mounted relative to the grounding hub, is in particular a radial bearing, with this radial bearing preferably being designed as a roller bearing and particularly preferably as a grooved ball bearing.
  • the intermediate bearing could also be designed as a roller bearing of some other design, such as a roller bearing, or also as a plain bearing.
  • the conducting element is a spring element, via which the grounding hub is pretensioned axially against the bearing and which electrically contacts the grounding hub axially with the ground.
  • a spring element is provided in the arrangement, which prestresses the grounding hub axially against the bearing, via which the shaft to be grounded is mounted so that it can rotate relative to the grounding hub.
  • the spring element is also intended to form an electrical contact between the grounding hub and the ground in the axial direction, ie to produce an electrically conductive connection between the ground and the grounding hub in the axial direction.
  • Such a configuration of an arrangement for grounding a shaft has the advantage that, on the one hand, an axial prestressing of the bearing can be set via the spring element, in that the spring element tensions the grounding hub axially against the bearing.
  • a negative operating clearance can be set on the bearing, which is placed between the grounding hub and the shaft to be grounded, and thus, in addition to increasing the bearing rigidity, low-noise running of the bearing can also be achieved.
  • the spring element also ensures electrical contact with the ground in the axial direction, with this electrical contact always being maintained due to the axial preload, so that overall the grounding of the shaft is also reliable. This is possible with a compact design, since the spring element combines the two functions of axial prestressing of the bearing and axial contacting.
  • the spring element is particularly preferably a corrugated spring, as a result of which the axial, electrical contact is established with a short contact length and thus also with a low contact resistance.
  • the spring element could in principle also be a helical spring, disc spring or the like.
  • the spring element is arranged axially between an end face of the grounding hub and the mass.
  • the spring element is located axially between the face of the grounding hub and the ground.
  • a contact surface is particularly preferably defined on the end face of the grounding hub, on which an axial contact of the grounding hub with the spring element is established and at which an axial force is introduced to prestress the grounding hub against the bearing.
  • this contact surface is formed by doubling the material of the grounding hub in the area of the axial end of the grounding hub, which within the scope of the invention is understood to mean a folding of the material in the area of the axial end.
  • the spring element is preferably electrically conductive due to its material properties or coating. With such a configuration, the spring element also serves as an electrical contact between the grounding hub and the electrical ground.
  • the spring element is placed axially overlapping the grounding hub, the spring element being arranged axially between the mass and a radially outwardly projecting section of the grounding hub, which is configured at least in sections in the circumferential direction.
  • the axial contact between the grounding hub and the spring element can be made radially further to the outside, so that the spring element can also be arranged on a larger diameter.
  • the spring element can be designed to be axially shorter while the application of an axial prestress remains the same, which is advantageous with regard to the electrical contacting between ground and grounding hub.
  • the radially outwardly protruding section of the grounding hub is particularly preferably designed to be completely circumferential.
  • the grounding hub is mounted in a floating manner on the ground.
  • the grounding hub can therefore be moved axially with play relative to the mass, as a result of which the axial prestressing of the grounding hub against the bearing via the spring element can be represented without any problems. Because of this, the grounding hub can be shifted axially relative to the mass and thus also are prestressed relative to the mass against the bearing via the spring element, the axial electrical contacting of the grounding hub to the mass then being carried out according to the invention via the spring element.
  • the grounding hub forms a guide section on a partial section, on which the grounding hub is guided in a guide bore so as to be axially displaceable on the part of the mass.
  • the guide section is particularly preferably formed as an axially running section and more preferably at an axial end of the grounding hub by doubling. In the context of the invention, “doubling” is to be understood as a turning over of the material of the grounding hub in this area.
  • a radially outwardly projecting section is formed on the grounding hub, via which an axial displacement of the grounding hub relative to the mass is limited in at least one axial direction by interaction with a respective axial stop.
  • an axial movement of the grounding hub relative to the mass can advantageously be restricted in the corresponding direction, as a result of which excessive compression of the spring element can be prevented when the axial movement in the direction of the spring element is restricted.
  • limiting the axial movement of the grounding hub in the opposite direction, namely in the direction of the bearing can be advantageous for assembly of the arrangement according to the invention by axially fixing the grounding hub during assembly before making axial contact with the bearing .
  • the radially outwardly projecting section is designed as a continuous collar.
  • each stop is formed by a contact shoulder of the mass and/or a snap ring.
  • the latter is particularly preferably placed in a corresponding groove on the part of the mass adorned and accordingly fixed axially to the mass. In both cases, a respective stop can be implemented in a simple manner.
  • an axial displacement of the grounding hub relative to the mass in the direction of the bearing is limited by the interaction of the section with a snap ring, while a limitation in an opposite axial direction of displacement of the grounding hub is formed by the interaction of the section with a contact shoulder.
  • axial displacements of the grounding hub are limited in both directions, this being achieved in one axial direction by interaction of the section with a snap ring and in the other axial direction by interaction of the section with a contact shoulder.
  • the grounding hub is fixed in the direction of rotation. This ensures that there is no relative torsion of the grounding hub with respect to the ground, which would otherwise complicate the electrical contact via the intermediate spring element. Because otherwise a relative rotation would have to be shown either between the mass and the spring element or between the spring element and the grounding hub.
  • the grounding hub is secured against twisting on the part of the mass by a radially projecting web that extends in the circumferential direction over a partial section, which is formed on the grounding hub or on the mass and protrudes into a recess on both sides of the web in the circumferential direction is limited and designed on the ground or on the grounding hub.
  • a radially projecting web that extends in the circumferential direction over a partial section, which is formed on the grounding hub or on the mass and protrudes into a recess on both sides of the web in the circumferential direction is limited and designed on the ground or on the grounding hub.
  • the grounding hub is designed in a tubular manner, at least in sections, and connects a ground-side supply connection for lubricants and/or coolants to the shaft to be grounded via an internal volume.
  • the grounding hub in addition to providing the electrically conductive connection between the shaft to be grounded and the ground, the grounding hub also performs the function of supplying lubricant and/or coolant to the shaft to be grounded, for which purpose the grounding hub is tubular at least in sections.
  • the lubricant and/or coolant can be routed to the shaft to be grounded via an inner volume of the tube, which is formed at least in sections, and a supply line defined thereby, the medium preferably being oil, which is used for cooling the rotor shaft in particular configured shaft is provided.
  • the grounding hub is tubular at least over part of its axial extent, in that an internal volume is delimited by the surrounding material of the grounding hub in the at least existing partial section of the grounding hub and the supply line is thus defined in this area.
  • the grounding hub is particularly preferably designed entirely as a tube in order to enable the lubricant and/or coolant to be supplied over the entire axial extent of the grounding hub and thus also to guide the agent from one axial end of the grounding hub to the other axial end to realize.
  • This embodiment is combined in particular with the further development of the invention, in which the grounding hub is permanently fixed, since this simplifies the flow of the lubricant and/or coolant through the grounding hub due to the lack of rotation of the grounding hub.
  • the inner volume of the grounding hub is connected to a radial outer area of the grounding hub via at least one bore.
  • part of the lubricant and/or coolant that is routed via the inner volume can also be routed into the radial outer area of the grounding hub in order to supply other components in addition to the shaft to be grounded, such as bearings and/or gearing, etc..
  • the at least one bore is axially adjacent to a provided with an inner ring of the bearing.
  • the at least one bore is designed to lie vertically underneath, in particular when the grounding hub is in the installed position, in order to allow part of the lubricant and/or coolant to flow off without any problems via the at least one bore.
  • the grounding hub is designed with a reduced diameter, on which the bearing is placed with an inner ring.
  • this defines a step on the part of the grounding hub and thus also a contact shoulder, via which the axial force introduced into the grounding hub via the spring element can be transmitted to the inner ring of the bearing.
  • this reduction in diameter in combination with the aforementioned embodiment, in which the grounding hub is provided for supplying lubricant and/or coolant to the shaft to be grounded can also change the flow cross-section and thus adjust the flow cross-section fed to the shaft Amount of lubricant and/or coolant used.
  • a sleeve can be provided in the grounding hub in the area of a mouth of the interior of the grounding hub on the side of the shaft to be grounded, via which a change in the flow cross section and thus an adjustment of the amount of lubricant and/or coolant can be implemented .
  • the bearing electrically conductively connects the grounding hub to the shaft to be grounded.
  • the electrically conductive connection between the grounding hub and the shaft to be grounded is made via the intermediate bearing, as a result of which a separate connecting element can be saved and the manufacturing effort can therefore be reduced.
  • the bearing can be placed on a small diameter between the grounding hub and the shaft to be grounded, resulting in low peripheral speeds at the bearing. Because of these low circumferential speeds, it is achieved that an insulating effect of lubricant of the bearing, which would otherwise also increase with increasing speed, is avoided, which could otherwise make the electrically conductive connection via the bearing more difficult.
  • the electrically conductive connection between the grounding hub and the shaft to be grounded can just as well be realized via a separate contact element, such as in the form of a carbon brush.
  • the subject matter of the invention is also a transmission, which is in particular a motor vehicle transmission, with this transmission at least one shaft being grounded in an arrangement according to one or more of the aforementioned variants.
  • this arrangement can be implemented in particular in the case of a rotor shaft of an electric machine integrated into the transmission.
  • An arrangement according to the invention for grounding the shaft can also be part of an electric axle drive unit for a motor vehicle or an electric machine.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a drive train of a motor vehicle
  • FIG. 2 shows a sectional view of a transmission of the drive train from FIG. 1 in the area of an arrangement according to the invention corresponding to a first embodiment of the invention
  • Figure 3 is a sectional view of a portion of the assembly of Figure 2;
  • FIG. 4 is a perspective view of part of the assembly of Figure 2;
  • FIG. 5 is a perspective view of a grounding hub of the assembly of FIG. 2;
  • FIG. 6 is a sectional view of another portion of the assembly of FIG. 2;
  • FIG. 7 shows a sectional view of a part of an arrangement according to the invention according to a second possible embodiment of the invention.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a drive train of a motor vehicle
  • FIG. 9 shows a schematic view of an electrical machine.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a drive train for a motor vehicle.
  • This drive train has an internal combustion engine 1 whose output is connected to an input shaft 2 of a transmission 3 .
  • An output shaft 4 of the transmission 3 is connected to a differential gear 5 .
  • the differential gear 5 is set up to distribute the power present at the output shaft 4 to drive wheels 6 and 7 of the motor vehicle.
  • the transmission 3 has a wheel set 8 which, together with shifting elements not shown in FIG. 1 , is set up to provide different transmission ratios between the input shaft 2 and the output shaft 4 .
  • the wheel set 8 is surrounded by a housing 9 which also accommodates an electrical machine 10 connected to the input shaft 2 .
  • the electric machine 10 is set up to drive the input shaft 2 .
  • a converter 11 is attached to the housing 9 .
  • the converter 11 is connected to the electric machine 10 on the one hand and to a battery 12 on the other hand.
  • the converter 11 is used to convert the direct current from the battery 12 into an alternating current suitable for operating the electrical machine 10 and has a number of power semiconductors for this purpose.
  • the conversion between direct current and alternating current takes place through controlled pulsed operation of the power semiconductors.
  • a shaft 13 in the form of a rotor shaft of the electrical machine 10 is grounded. This is shown in FIG. 2, in which it can be seen that the shaft 13 is rotatably connected to the input shaft 2 within the transmission 3, the shaft 13 and the input shaft 2 being rotatably mounted together via roller bearings 14 and 15.
  • This arrangement 16 is designed according to a first embodiment of the invention and includes a grounding hub 17 which electrically conductively connects the shaft 13 to be grounded to a housing cover 18 of the housing 9, with the housing 9 acting as a ground for grounding the shaft 13.
  • the grounding hub 17 is predominantly formed by a tubular body which, starting from the housing cover 18, extends axially through the input shaft 2, which is designed as a hollow shaft, into the shaft 13, the Shaft 13 is designed as a hollow shaft for this purpose.
  • the grounding hub 17 is made from an electrically conductive material, which is preferably metal.
  • a bearing 20 is placed on the grounding hub 17 in the area of an axial end 19 of the grounding hub 17 .
  • the bearing 20 designed as a roller bearing also serves to make electrical contact between the shaft 13 and the grounding hub 17, so that the electrically conductive connection between the shaft 13 to be grounded and the grounding hub 17 is made via the intermediate bearing 20.
  • the grounding hub 17 is also mounted in a floating manner in the housing cover 18, this area being shown in more detail in FIG. As can be seen here, the floating mounting is carried out on a guide section 22 of the grounding hub 17 , this guide section 22 being defined by doubling the material of the grounding hub 17 at the axial end 21 .
  • the doubling at the axial end 21 of the grounding hub 17 forms a circumferential, radially extending section 23 and a section 24 that connects to it, which runs axially parallel to the tubular body of the grounding hub 17 runs and is also completely circumferential.
  • the section 24 forms the guide section 22 on an outer circumference, on which the grounding hub 17 is guided in an axially displaceable manner on an inner diameter 25 of a guide bore 26 of the housing cover 18 .
  • the doubling can be implemented without a radial gap between the tubular body of the grounding hub and the section 24 , so that the section 24 rests directly on the tubular body of the grounding hub.
  • a spring element 27 is also provided on the face side of the grounding hub 17 , which is provided axially between the axial end 21 of the grounding hub 17 and a shoulder 28 of the guide bore 26 .
  • the spring element 27 is in the present case designed as a corrugated spring which is supported on the housing cover 18 on the shoulder 28 and on the grounding hub 17 on the section 23 .
  • the grounding hub 17 is axially preloaded against the bearing 20 via the spring element 27, which on the one hand ensures a corresponding axial preloading of the bearing 20 to ensure low-noise operation and also maintains the contact between the grounding hub 17 and the bearing 20 and thus also to the shaft 13 to be grounded is ensured.
  • the spring element 27 also serves to make axial contact between the grounding hub 17 and the housing cover 18 of the housing 9 in order to always ensure the electrically conductive connection between the grounding hub 17 and the housing cover 18 here as well. Due to the design of the spring element 27 as a corrugated spring, this electrical contact can be made with a short line path and thus with a low contact resistance.
  • the axial section 24 of the grounding hub 17 is adjoined by a section 29 which protrudes radially outwards and which is also designed to be completely circumferential.
  • This section 29 serves as a ner limitation of an axial displacement of the grounding hub 17 relative to the housing cover 18 in both axial directions, in that an axial movement of the grounding hub 17 in the direction of the spring element 27 is limited by the interaction of the section 29 with a first axial stop 30 in order to prevent excessive compression of the spring element 27 impede.
  • an axial movement of the grounding hub 17 in the opposite direction to the housing cover 18 namely in the direction of the bearing 20 , is limited by the interaction of the section 29 with an axial stop 31 .
  • the axial stop 30 is formed by a contact shoulder 32 which is defined on the part of the housing cover 18
  • the axial stop 31 is designed by a snap ring 33 which is placed in a groove 34 of the housing cover 18 .
  • a torsion protection of the grounding hub 17 is also realized on the section 29 of the grounding hub 17, in that a web 35 is defined on the section 29, which can be seen in particular in the perspective views in FIGS.
  • This web 35 protrudes radially from section 29 and in the circumferential direction over a partial section of section 29 and is bordered by a recess 36 on the side of the housing cover 18, which is delimited on the side of the housing cover in the circumferential direction on both sides of the enclosing web 35.
  • the recess 36 can be seen in FIG. 4 .
  • the interplay of the web 35 and the recess 36 prevents an unwanted twisting of the grounding hub 17 with respect to the housing cover 9 in a form-fitting manner.
  • FIG. 6 also shows the area of the axial end 19 on which the rotatable mounting and the electrical contacting via the bearing 20 is carried out.
  • the bearing 20 is a roller bearing, which is specifically designed as a grooved ball bearing.
  • An inner ring 37 of the bearing 20 is placed on a diameter reduction 38 of the grounding hub 17, the diameter reduction 38 defining a contact shoulder 39 via which the axial force introduced into the grounding hub 17 via the spring element 27 acts on the inner inner ring 37 of the bearing 20 is transmitted.
  • an outer ring 40 of the bearing 20 is supported on a shoulder 41 of a through hole 42 of the shaft 13 to be grounded.
  • the grounding hub 17 also serves to supply lubricant and/or coolant to the shaft 13 to be grounded in order to cool the shaft 13 and in particular the rotor of the electric machine.
  • the lubricant and/or coolant is preferably oil.
  • the lubricant and/or coolant is introduced from the axial end 21 into an inner volume 43 of the grounding hub 17, in that a supply connection 44 for the lubricant and/or coolant is configured on the face side of the grounding hub 17 at the axial end 21 in the housing cover 18 is.
  • the lubricant and/or coolant introduced into the inner volume 43 then reaches the axial end 19 along the grounding hub 17, with the diameter reduction 38 ensuring a reduction in the flow cross section and thus an adjustment of the amount of lubricant and/or coolant.
  • the lubricant and/or coolant can then reach the interior of the shaft 13 to be grounded. As can also be seen in FIG.
  • Fig. 7 shows a sectional view of an area of a transmission 3, in which a shaft - which cannot be seen here - is grounded via an arrangement 46 according to a second embodiment of the invention by being electrically conductively connected via a grounding hub 47 to a housing cover 18 of a Housing 9 is connected.
  • This arrangement essentially corresponds to the variant according to FIGS. 1 to 6, with the difference that a spring element 48 via which an axial prestressing of the grounding hub 47 against a bearing and an axial contacting of the grounding hub 47 with the housing cover 18 is realized, is now placed axially overlapping and radially surrounding the grounding hub 47.
  • the spring element 48 is now arranged radially further outwards in comparison to the variant according to FIGS.
  • the spring element 48 which is again a corrugated spring, is placed axially between the housing cover 18 and a radially outwardly protruding section 49 of the grounding hub 47, with section 49 adjoining an axial end of section 24 which, in addition to the section 49, is also connected to the radially outwardly projecting section 29 with the web 35.
  • section 29, in conjunction with the contact shoulder 32 limits an axial movement of the grounding hub 47 only in the direction of the housing cover 18, while a limitation in the opposite axial direction is provided by the interaction of section 49 with a snap ring 50, which is used in this area in the housing cover 18.
  • the configuration option according to FIG. 7 corresponds to the variant according to FIGS. 1 to 6, so that reference is made to what has been described in this regard.
  • FIG. 8 shows a schematic view of a drive train for a motor vehicle which, in contrast to FIG. 1, is a purely electric drive train.
  • the drive train has an electric axle drive unit 51 .
  • the electric final drive unit 51 includes an electric machine 52, the power of which is transmitted via a reduction gear set 53 and a differential gear 54 to drive wheels 55 and 56 of a motor vehicle.
  • the electric machine is connected on the output side to a shaft 57 with the reduction gear set 53 .
  • Output shafts 58 and 59 of the differential gear 54 are connected to the drive wheels 55 and 56, respectively.
  • the electric machine 52, the reduction gear set 53 and the differential gear 54 are enclosed by a housing 60.
  • a converter 61 is fixed to the housing 60 .
  • the converter 61 is connected to the electric machine 52 on the one hand and to a battery 62 on the other hand.
  • the converter 61 serves to convert the direct current of the battery 62 into one for operation the electrical machine 52 suitable alternating current, and has to several power semiconductors. The conversion between direct current and alternating current takes place through controlled pulsed operation of the power semiconductors.
  • the shaft 57 is grounded as part of an arrangement according to the invention, which is realized in a manner analogous to one of the variants according to FIGS.
  • a grounding hub 63 is provided, which is preloaded against the shaft 57 by a spring element, the spring element also forming an electrical contact.
  • FIG. 9 also shows a schematic view of an electrical machine 64.
  • the electrical machine 64 has a housing 65 which accommodates a stator 66 and a rotor 67.
  • the stator 66 is fixed in the housing 65 in a rotationally fixed manner.
  • the rotor 67 is coupled to a rotor shaft 68 , the rotor shaft 68 being rotatably mounted via two roller bearings 69 and 70 supported on the housing 65 .
  • One end of the rotor shaft 68 protrudes from the housing 65 .
  • the rotor shaft 68 is grounded as part of an arrangement according to the invention, which is realized in principle in a manner analogous to one of the variants according to FIGS. 2 to 7.
  • a grounding hub 71 is provided, which is prestressed against the rotor shaft 68 via a spring element, the spring element also forming an electrical contact.
  • Reliable grounding of a shaft can be implemented by means of the configurations of an arrangement according to the invention. reference sign

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (16) zur Erdung einer Welle (13), insbesondere einer Rotorwelle einer Elektromaschine, umfassend eine Erdungsnabe (17), über welche die zu erdende Welle (13) elektrisch leitend mit einer elektrischen Masse, bevorzugt einem Gehäuse, verbunden ist. Zwischen der Erdungsnabe (17) und der zu erdenden Welle (13) ist ein Lager (20) vorgesehen, über welches die zu erdende Welle (13) drehbar gegenüber der Erdungsnabe (17) gelagert ist. Zudem steht die Erdungsnabe (17) mit der Masse über ein zwischenliegendes Leitelement elektrisch leitend in Verbindung. Um eine Anordnung (16) zu schaffen, bei welcher eine zuver- lässige Erdung der Welle (13) verwirklicht ist, ist das Leitelement ein Federelement (27), über welches die Erdungsnabe (17) axial gegen das Lager (20) vorgespannt ist und das die Erdungsnabe (17) axial elektrisch zu der Masse kontaktiert.

Description

Anordnung zur Erdung einer Welle
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

Claims

Patentansprüche
1 . Anordnung (16; 37) zur Erdung einer Welle (13), insbesondere einer Rotorwelle (68) einer elektrischen Maschine (10; 52; 64), umfassend eine Erdungsnabe (17; 47), über welche die zu erdende Welle (13) elektrisch leitend mit einer elektrischen Masse, bevorzugt einem Gehäuse (9), verbunden ist, wobei zwischen der Erdungsnabe (17; 47) und der zu erdenden Welle (13) ein Lager (20) vorgesehen ist, über welches die zu erdende Welle (13) drehbar gegenüber der Erdungsnabe (17; 47) gelagert ist, und wobei die Erdungsnabe (17; 47) mit der elektrischen Masse über ein zwischenliegendes Leitelement elektrisch leitend in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement ein Federelement (27; 48) ist, über welches die Erdungsnabe (17; 47) axial gegen das Lager (20) vorgespannt ist und das die Erdungsnabe (17; 47) axial elektrisch zu der Masse kontaktiert.
2. Anordnung (16) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (27) axial zwischen einer Stirnseite der Erdungsnabe (17) und der elektrischen Masse angeordnet ist.
3. Anordnung (16) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (27) aufgrund seiner Materialeigenschaft oder Beschichtung elektrisch leitfähig ist.
4. Anordnung (46) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (48) axial überdeckend mit der Erdungsnabe (47) platziert ist, wobei das Federelement (48) axial zwischen der elektrischen Masse und einem radial nach außen vorkragendem Abschnitt (49) der Erdungsnabe (47) angeordnet ist, welcher in Umfangsrichtung zumindest abschnittsweise ausgestaltet ist.
5. Anordnung (16; 46) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdungsnabe (17; 47) seitens der elektrischen Masse schwimmend gelagert ist.
6. Anordnung (16; 46) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdungsnabe (17; 47) an einem Teilabschnitt oinon Führungsabschnitt (22) bildet, an welchem die Erdungsnabe (17; 47) seitens der elektrischen Masse axial verschiebbar in einer Führungsbohrung (26) geführt ist.
7. Anordnung (16; 46) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (22) an einem axialen Ende (21 ) der Erdungsnabe (17; 47) durch eine Doppelung gebildet ist.
8. Anordnung (16; 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Erdungsnabe (17; 47) ein radial nach außen vorstehender Abschnitt (29) ausgebildet ist, über weichen eine axiale Verschiebung der Erdungsnabe (17; 47) gegenüber der elektrischen Masse in zumindest einer axialen Richtung durch Zusammenspiel mit je einem axialen Anschlag (30, 31 ) begrenzt ist.
9. Anordnung (16; 46) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der je eine Anschlag (30; 31 ) durch eine Anlageschulter (32) der elektrischen Masse und/oder einen Sprengring (33; 50) gebildet ist.
10. Anordnung (16; 46) nach Anspruch 8 und Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Verschiebung der Erdungsnabe (17; 47) gegenüber der elektrischen Masse in Richtung des Lagers (20) durch Zusammenspiel des Abschnitts (29) mit einem Sprengring (33; 50) begrenzt ist, während eine Begrenzung in eine hierzu entgegengesetzte axiale Verschiebungsrichtung der Erdungsnabe (17; 47) durch Zusammenspiel des Abschnitts (29) mit einer Anlageschulter (32) gebildet ist.
11 . Anordnung (16; 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdungsnabe (17; 47) in Drehrichtung festgesetzt ist.
12. Anordnung (16; 46) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erdungsnabe (17; 47) seitens der Masse gegen Verdrehen durch einen radial vorstehenden und sich in Umfangsrichtung über einen Teilabschnitt erstreckenden Steg (35) gesichert ist, welcher an der Erdungsnabe (17; 47) oder an der Masse ausgebildet ist und in eine Ausnehmung (36) hineinragt, die in Umfangsrichtung beidseitig des Steges (35) begrenzt und an der elektrischen Masse oder an der Erdungsnabe ausgestaltet ist.
13. Anordnung (16; 46) nach Anspruch 12 und einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (35) an dem radial nach außen vorstehendem Abschnitt (29) der Erdungsnabe (17; 47) ausgebildet ist.
14. Anordnung (16; 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdungsnabe (17; 47) zumindest abschnittsweise rohrförmig gestaltet ist und über ein Innenvolumen (43) einen masseseitigen Versorgungsanschluss (44) für Schmier- und/oder Kühlmittel mit der zu erdenden Welle (13) verbindet.
15. Anordnung (16; 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdungsnabe (17; 47) mit einer Durchmesserreduzierung (38) ausgeführt ist, auf welcher das Lager (20) mit einem Innenring (37) platziert ist.
16. Anordnung (16; 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (20) die Erdungsnabe (17; 47) elektrisch leitend mit der zu erdenden Welle (13) verbindet.
17. Getriebe (3), insbesondere Kraftfahrzeuggetriebe, umfassend zumindest eine Welle (13), die entsprechend einer Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 geerdet ist.
18. Elektrische Achsantriebs-Einheit (51 ) für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Welle (57), die entsprechend einer Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 geerdet ist.
19. Elektrische Maschine (64) mit einem drehfesten Stator (66) und einem drehbaren Rotor (67), wobei der Rotor (67) mit einer Rotorwelle (68) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (68) entsprechend einer Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 geerdet ist.
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