DE102010049613A1

DE102010049613A1 - Elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102010049613A1
Application number: DE102010049613A
Authority: DE
Inventors: Raphael Dr. Fischer; Michael Bogner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2011-06-09
Also published as: US8866354B2; WO2011069872A2; US20120242197A1; EP2510606A2; WO2011069872A3; CN102577038B; CN102577038A

Abstract

Elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen ein Fahrzeugrad antreibenden Radnabenantrieb, welcher über ein Radlager an dem Fahrzeugrad angeordnet ist, wobei der Radnabenantrieb einen Rotor und einen Stator aufweist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Rotor und den Stator und/oder zwischen dem Rotor und einem an den Rotor angrenzenden Bauteil und/oder zwischen dem Stator und einem an dem Stator angrenzenden Bauteil eine Dichtungseinrichtung vorgesehen, wobei eine Dichtungsfläche der Dichtungseinrichtung auf einem Radius mit Mittelpunkt um eine virtuelle Verkippungsachse des Radlagers oder im Wesentlichen entlang einer Tangente an diesem Radius angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, bei welcher ein ein Fahrzeugrad antreibender Radnabenantrieb vorgesehen ist.
Derartige Radnabenantriebe werden insbesondere bei Elektrokraftfahrzeugen eingesetzt. Dadurch, dass die Radnabenantriebe bei diesen Kraftfahrzeugen an dem Fahrzeugrad angeordnet sind, sind sie besonders abhängig von den Wetterbedingungen und müssen daher besonders dicht ausgestaltet sein, um ein Eindringen von Feuchtigkeit, wie beispielsweise Wasser, und/oder von Fremdkörpern, wie beispielsweise Schmutzpartikel, in den Radnabenantrieb zu verhindern, um Folgeschäden an dem Radnabenantrieb durch die Feuchtigkeit und/oder die Fremdkörper zu verhindern.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, welche eine besonders wirkungsvolle Abdichtung gegenüber dem Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Fremdkörpern in den Radnabenantrieb aufweist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug weist einen ein Fahrzeugrad antreibenden Radnabenantrieb auf, welcher über ein Radlager an dem Fahrzeugrad angeordnet ist, wobei der Radnabenantrieb einen Rotor und einen Stator aufweist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass zwischen dem Rotor und dem Stator und/oder zwischen dem Rotor und einem an den Rotor angrenzenden Bauteil und/oder zwischen dem Stator und einem an den Stator angrenzenden Bauteil eine Dichtungseinrichtung vorgesehen ist, wobei eine Dichtungsfläche der Dichtungseinrichtung auf einem Radius mit Mittelpunkt um eine virtuelle Verkippungsachse des Radlagers oder im Wesentlichen entlang einer Tangente an diesem Radius angeordnet ist.
Durch das Vorsehen einer derartigen Dichtungseinrichtung an einer elektrischen Antriebseinheit, welche an einem Fahrzeugrad angeordnet ist, ist eine besonders wirkungsvolle Abdichtung gegenüber Feuchtigkeit und/oder Fremdkörpern möglich, wobei die Abdichtung gleichzeitig besonders reibungs- und verlustarm ausgebildet ist. Bei einer Verkippung des Radlagers erfolgt eine Relativbewegung zwischen dem Stator und dem Rotor, wobei diese Relativbewegung auf einem Radius um die Verkippungsachse des Radlagers erfolgt. Dadurch, dass die Dichtungseinrichtung auf diesem Radius oder im Wesentlichen entlang einer Tangente an diesem Radius angeordnet ist, ist es möglich, dass bei der Verkippung der Verkippungsachse eine Annäherung oder Entfernung der Dichtungsflächen, welche an den jeweiligen Bauteilen, wie dem Rotor, dem Stator oder den an den Stator und den Rotor angrenzenden Bauteilen, angeordnet ist, verhindert werden kann. Dadurch ist es möglich, dass die Dichtungsfläche der Dichtungseinrichtung, welche als aktive Dichtungsfläche ausgebildet ist, radial zur Verkippungsachse des Radlagers wirken kann und dadurch eine axiale Verschiebung des Rotors und/oder des Stators und/oder der daran angrenzenden Bauteile keine signifikante Auswirkung auf die Spaltbreite zwischen diesen Bauteilen, in welchen die Dichtungseinrichtung angeordnet ist, hat. Dies ist insbesondere auch dann möglich, wenn zum Beispiel bei starken Kurvenfahrten des Kraftfahrzeugs, bei welchem eine starke Verkippung des Radlagers und damit eine erhöhte Verschiebung der Bauteile des Radnabenantriebs in Axialrichtung des Stators, des Rotors und der angrenzenden Bauteile erfolgt. Dadurch ist es möglich, dass auch auf einem sehr großen Radius mit Mittelpunkt um die virtuelle Verkippungsachse des Radlagers eine effiziente Abdichtung erfolgen kann.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Dichtungsfläche eine Kalottenform mit Mittelpunkt um die virtuelle Verkippungsachse des Radlagers auf. Kalottenförmig bzw. Kalottenform bedeutet hierbei, dass die Dichtungsfläche in diesem Bereich vorzugsweise als ein abgeflachter Kugelschnitt, welcher als flache Kuppel geformt ist, ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, die Hauptrichtung der Relativverschiebung der abzudichtenden aneinandergrenzenden Bauteile, wie dem Rotor, dem Stator und/oder den daran angrenzenden Bauteilen, bei einer Verkippung der Verkippungsachse zu berücksichtigen.
Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Dichtungseinrichtung ein Dichtungselement aufweist, welches als Spaltdichtung, insbesondere als Labyrinthdichtung, ausgebildet ist. Mittels der Labyrinthdichtung ist es möglich, eine berührungsfreie Dichtung zu erzeugen. Bei dem Verwenden einer Labyrinthdichtung kann das Dichtungselement vorteilhafterweise auch bei hohen Drehzahlen, hohen Drücken und/oder hohen Temperaturen des Radnabenantriebs eingesetzt werden. Zudem ist bei der Verwednung einer derartigen Labyrinthdichtung ein Eindringen von Fremdstoffen bzw. Fremdkörpern besonders effektiv möglich.
Die Dichtungseinrichtung weist ferner nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einen Fettring oder eine elastische Füllmasse oder eine plastische Füllmasse auf. Durch das Vorsehen eines derartigen Fettringes oder einer Füllmasse ist eine besonders effektive Abdichtung durch die Dichtungseinrichtung möglich. Dieser Fettring oder die Füllmasse kann als eine Art Vordichtung um die Umfangsfläche des eigentlichen Dichtungselements herum angeordnet sein, um das Dichtungselement selber möglichst sauber halten zu können und eine direkte Einwirkung von Spritzwasser und Staub auf das Dichtungselement zu verhindern.
Die Dichtungseinrichtung ist ferner bevorzugt teilweise in einer an dem Rotor und/oder dem Stator und/oder dem angrenzenden Bauteil vorgesehenen Aussparung angeordnet. Dadurch ist zumindest ein Teilbereich der Dichtungseinrichtung geschützt angeordnet, indem es vorzugsweise in der Aussparung eingebettet ist, wodurch die auf die Dichtungseinrichtung wirkenden Kräfte reduziert werden können, so dass die Lebensdauer der Dichtungseinrichtung erhöht werden kann.
Ferner ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Dichtungseinrichtung ein Ringelement aufweist, wobei das Ringelement gleitbar angeordnet ist. Das Ringelement kann beispielsweise in jeweils einer Aussparung der sich gegenüberliegenden abzudichtenden Bauteile wie dem Stator, dem Rotor und/oder dem daran angrenzenden Bauteil vorgesehen sein, wobei vorzugsweise innerhalb dieser Aussparungen eine Füllung vorgesehen ist, mittels welcher das Ringelement innerhalb der Aussparungen gleiten kann, so dass das Ringelement vorzugsweise zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen des Ringelements gleitbar angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, das Scherrgefälle der Dichtungseinrichtung auf zwei Fugen bzw. zwei Aussparungen zu verteilen und damit auf die Hälfte zu reduzieren. Dadurch können die auf die Dichtungseinrichtung wirkenden Kräfte reduziert werden, wodurch die Lebensdauer der Dichtungseinrichtung erhöht werden kann.
Gemäß einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind im Bereich der Dichtungseinrichtung ein Teilbereich des Stators mit einem Teilbereich des Rotors und/oder ein Teilbereich des Stators mit einem Teilbereich des an den Stator angrenzenden Bauteils und/oder ein Teilbereich des Rotors mit einem Teilbereich des an den Rotor angrenzenden Bauteils überlappend zueinander angeordnet. Durch die überlappende Anordnung ist eine besonders effektive Dichtwirkung der Dichtungseinrichtung erzielbar, wobei bereits durch die überlappende Anordnung das Eindringen von groben Schmutzpartikeln oder Fremdkörpern in den Spalt zwischen den jeweiligen Bauteilen des Radnabenantriebs, in welchen die Dichtungseinrichtung vorgesehen ist, verhindert werden kann.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrokraftfahrzeug, umfassend eine wie vorstehend aus- und weitergebildete elektrische Antriebseinheit.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Antriebseinheit;
2 eine schematische Schnittdarstellung eines Teilbereichs der in 1 gezeigten elektrischen Antriebseinheit mit möglichen Positionen einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung;
3 eine schematische Darstellung der in 2 gezeigten Schnittdarstellung des Teilbereichs der elektrischen Antriebseinheit mit einem daran eingezeichneten Radius um die Verkippungsachse des Radlagers;
4 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
5 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung;
6 eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung;
7 eine schematische Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung; und
8 eine schematische Schnittdarstellung einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung.
1 zeigt eine elektrische Antriebseinheit mit einem ein Fahrzeugrad antreibenden Radnabenantrieb, welcher über ein Radlager 10 an dem Fahrzeugrad, welches einen Radträger 12 und eine Felge 14 aufweist, angeordnet ist, wobei der Radnabenantrieb einen Rotor 16 und einen Stator 18 aufweist. Der Rotor 16 ist hier vorzugsweise in Form eines Blechs ausgebildet, wobei der Rotor 16 um den feststehenden Stator 18 rotieren kann. Der Stator 18 weist eine Statorbefestigung 20 und eine an der Statorbefestigung 20 angeordnete Spule 22 auf, welche mit einem an dem Rotor 16 vorgesehenen Magneten 24 zusammenwirken kann, um eine Drehbewegung des Rotors 16 initiieren zu können.
2 zeigt einen Ausschnitt der in 1 gezeigten elektrischen Antriebseinheit, wobei hierbei zwischen dem Rotor 16 und der Statorbefestigung 20 ein Abdeckelement 26 vorgesehen ist. Wie in 2 zu erkennen ist, ist zwischen dem Abdeckelement 26 und dem Rotor 16 ein Spalt 28 sowie zwischen dem Abdeckelement 26 und der Statorbefestigung 20 ein Spalt 30 vorgesehen. In einem bzw. in beiden dieser Spalte 28, 30 kann eine erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung angeordnet sein. Ferner ist es möglich, in dem mit 32 gekennzeichneten Bereich zwischen der Statorbefestigung 20 und einem anderen, hier nicht dargestellten Bauteil, wie beispielsweise dem Radträger 12, eine weitere erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung vorzusehen.
3 zeigt einen Radius 34, entlang welchem eine Verkippung des Radnabenantriebs mit Mittelpunkt um eine virtuelle Verkippungsachse 36 des Radlagers 10 erfolgen kann. Um eine optimale Dichtwirkung der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung erzielen zu können, ist die Dichtungsfläche der Dichtungseinrichtung auf dem Radius 34 mit Mittelpunkt um die virtuelle Verkippungsachse 36 des Radlagers 10 oder im Wesentlichen entlang einer Tangente an diesem Radius 34 angeordnet. Dies ist in den 4–8, in welchen jeweils Ausführungsbeispiele für die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung gezeigt sind, dargestellt.
4 zeigt eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs 38 beispielsweise des Rotors 16 und einen Teilbereich 40 beispielsweise des Abdeckelements 26, wobei diese Teilbereiche 38, 40 zueinander überlappend angeordnet sind und wobei zwischen diesen Teilbereichen 38, 40 ein Spalt 42 vorgesehen ist, welcher mit einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung 44 abgedichtet ist. Der Spalt 42 kann dabei als Spalt 28, 30 ausgebildet sein und/oder im Bereich 32 vorgesehen sein. Die Dichtungseinrichtung 44 ist hierbei zumindest teilweise in einer an dem Teilbereich 40 des Abdeckungselements 26 vorgesehenen Aussparung 46 zumindest teilweise angeordnet. Die Teilbereiche 38, 40 sind hierbei derart geformt, dass die Dichtungsflächen 48 der Dichtungseinrichtung 44 dem Radius 34 folgen.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung 44, wobei hierbei die Dichtungseinrichtung 44 wiederum zwischen einem Teilbereich 38 und einem Teilbereich 40 vorgesehen ist. Der Teilbereich 38 ist hierbei im Bereich der Dichtungseinrichtung 44 entgegen seiner Ausbildungsrichtung zurückgebogen, wobei die Zurückbiegung derart erfolgt, dass die Dichtungseinrichtung 44 im Teilbereich 38 auf dem Radius 34 liegt. Die zurückgebogene Ausgestaltung des Teilbereichs 38 ermöglicht eine verbesserte Zugänglichkeit des Spalts 42. Zudem kann dadurch je nach Einbausituation die Dichtwirkung der Dichtungseinrichtung 44, insbesondere wenn die Dichtungseinrichtung 44 ein Dichtungselement in Form einer Labyrinthdichtung aufweist, erhöht werden. Auch bei den in 5 gezeigten Ausführungsformen ist die Dichtungseinrichtung 44 in einer Aussparung 46 des Teilbereichs 40 vorgesehen.
6 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung 44, bei welcher die Dichtungseinrichtung 44 ein Ringelement 50 aufweist, welches in den abzudichtenden Spalt 42 eingelegt ist und beidseitig auf einer vorgesehenen Füllung 52 gleiten kann. Die Füllung 52 ist hierbei jeweils an den in den Teilbereichen 38, 40 vorgesehenen Aussparungen 46 vorgesehen. Durch das Vorsehen eines gleitbaren Ringelements 50 ist es möglich, das Scherrgefälle in den Teilbereichen 38, 40 auf zwei Aussparungen 46 zu verteilen und damit auf die Hälfte zu reduzieren.
7 und 8 zeigen jeweils Ausführungsformen für die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung 44, welche bevorzugt an dem Spalt 30 und/oder bei dem Bereich 32 angeordnet ist.
In 7 sind die Teilbereiche 54, 56 in einem bestimmten Winkel gebogen ausgestaltet, wobei der Winkel der Biegung vorzugsweise einer Tangente an dem Radius 34 entspricht, so dass die vorgesehene Dichtungseinrichtung 44 entlang dieser Tangente angeordnet ist, indem die Dichtungseinrichtung 44 in dem Spalt 58 zwischen den Teilbereichen 54, 56 vorgesehen ist.
Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform ist ein Teilbereich 60 zur Ausbildung eines Labyrinths derart gebogen, dass dieser zumindest teilweise den Teilbereich 62, welcher mit dem Teilbereich 60 abdichtet, umschließen kann. Dadurch ist es möglich, dass die Dichtungseinrichtung 44 besonders geschützt innerhalb eines Spalts 58 vorgesehen sein kann.
Unter den Teilbereichen 38, 40, 54, 56, 60, 62 können Teilbereiche des Rotors 16, des Stators 18, des Abdeckelements 26 oder anderen Bauteilen des Radnabenantriebs verstanden werden.
Bezugszeichenliste

10: Radlager
12: Radträger
14: Felge
16: Rotor
18: Stator
20: Statorbefestigung
22: Spule
24: Magnet
26: Abdeckelement
28: Spalt
30: Spalt
32: Bereich
34: Radius
36: Verkippungsachse
38: Teilbereich
40: Teilbereich
42: Spalt
44: Dichtungseinrichtung
46: Aussparung
48: Dichtungsfläche
50: Ringelement
52: Füllung
54: Teilbereich
56: Teilbereich
58: Spalt
60: Teilbereich
62: Teilbereich

Claims

Elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen ein Fahrzeugrad antreibenden Radnabenantrieb, welcher über ein Radlager (10) an dem Fahrzeugrad angeordnet ist, wobei der Radnabenantrieb einen Rotor (16) und einen Stator (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (16) und den Stator (18) und/oder zwischen dem Rotor (16) und einem an den Rotor (16) angrenzenden Bauteil und/oder zwischen dem Stator (18) und einem an dem Stator (18) angrenzenden Bauteil eine Dichtungseinrichtung (44) vorgesehen ist, wobei eine Dichtungsfläche (48) der Dichtungseinrichtung (44) auf einem Radius (34) mit Mittelpunkt um eine virtuelle Verkippungsachse (36) des Radlagers (10) oder im Wesentlichen entlang einer Tangente an diesem Radius (34) angeordnet ist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsfläche (48) eine Kalottenform mit Mittelpunkt um die virtuelle Verkippungsachse (36) des Radlagers (10) aufweist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (44) ein Dichtungselement aufweist, welches als Spaltdichtung, insbesondere als Labyrinthdichtung, ausgebildet ist.
Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (44) einen Fettring, oder eine elastische Füllmasse oder eine plastische Füllmasse aufweist.
Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (44) zumindest teilweise in einer an dem Rotor (16) und/oder dem Stator (18) und/oder dem angrenzenden Bauteil vorgesehenen Aussparung (46) angeordnet ist.
Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (44) ein Ringelement (50) aufweist, wobei das Ringelement (50) gleitbar angeordnet ist.
Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Dichtungseinrichtung (44) ein Teilbereich des Stators (18) mit einem Teilbereich des Rotors (16) und/oder ein Teilbereich des Stators (18) mit einem Teilbereich des an den Stator (18) angrenzenden Bauteils und/oder ein Teilbereich des Rotors (16) mit einem Teilbereich des an den Rotor (16) angrenzenden Bauteils überlappend zueinander angeordnet sind.
Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrokraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7.